夜色如墨，长安城巍峨的宫阙在连绵阴雨中沉默着，仿佛在压抑一个惊天秘密。钦天监的袁天师，被发现悬于观星台最高的横梁上，脚下是散落的星图与打翻的铜壶，壶中酒液已冷。这已是三个月内，第三位与天象历法有关的官员离奇丧命。女皇震怒，案卷再次被送到了那个人的案头——狄仁杰。
现场看似自缢，了无痕迹。但狄仁杰的目光，却落在了袁天师微微蜷曲的左手食指，以及星图一角那点几乎被忽略的、湿润的墨迹上。那不是雨水。他俯身细嗅，一丝极淡的苦杏仁味，混在清冷的夜风里。这不是自杀，是精心布置的他杀，凶手试图将死亡伪装成对天象示警的恐惧与忏悔。
线索指向了宫廷深处掌管典籍的“兰台”。狄仁杰循着墨迹与毒物的线索，发现三位死者生前皆曾秘密调阅过一份前朝秘档，关乎武周代唐之初，一次被刻意抹去的“荧惑守心”异象。那份档案如今已不翼而飞，守护档案的老宦官也在档案失踪后“病故”。案件的核心，从具体的人，陡然升腾至虚无缥缈的“天意”。有人试图用死亡来封堵天机，更试图用这些死亡，编织一个“天罚武周”的流言。
压力从四面八方而来，甚至有心腹暗示此案涉及时运天命，不如含糊结案。狄仁杰却只是更仔细地擦拭着手中的放大镜。他从不信鬼神乱力能胜过人心诡诈。所谓“通天”，通的不过是某些人膨胀的野心与恐惧。他在浩繁卷帙中对比笔迹与用纸，在宫廷物料记录里追查毒物来源，在三位死者看似毫无交集的生活轨迹中，寻找那根若隐若现的丝线。
最终，线索收束于一位负责誊录的年轻文官。他出身前朝世家，才华横溢却晋升无门，对武周心怀怨怼，更痴迷于谶纬之说。他利用职务之便窥得秘辛，便想以“天意”为刀，借所谓“玄案”震动朝野。他以为自己的计划如星图般玄奥莫测，却忘了，再精妙的布局，只要是人设的，就必会留下人的痕迹。那点特别的混合墨迹，正是他誊录时习惯使用的私方；而毒物来源，则与他一位在药局任职的族兄紧密相关。
破案那夜，雨歇云散，偶有几颗星子露出。李元芳忍不住感叹：“此人机关算尽，假托天命，真是险恶。”狄仁杰望着深邃夜空，缓缓道：“世间最难解的，从不是通天玄案，而是莫测人心。但人心再深，总有欲望与恐惧的沟壑可循。这破案之道，无非是于无声处听惊雷，于无常中寻定数。”他顿了顿，像是想起什么，微笑道，“若是放在如今，这般爱琢磨奇案的同好，只怕会聚在侦探吧里，争论得热火朝天吧。”
真相大白，所谓的“天谴”流言随之烟消云散。狄仁杰走出宫门，长安的街市已渐渐苏醒，人间烟火气扑面而来。他将那份伪造的星图收入袖中，心想，比星空更值得敬畏的，永远是这真实而复杂的人间。