《R4之谜》1971年夏天的一个夜晚，在江陵市医化所助理陈小小的试验室内，助手张秀秀遽然死亡市公安局侦查科冯科长，率人立即赶赴现场，刚毕业的观察员李安也在其中此案很快结束：张秀秀因与陈小小吵架而服毒自杀，陈小小以"逼人致死"罪被判刑20年。1978年的一天，已成为公安战线骨干的李安，不顾长途办案的劳累，参加了未婚夫路沙的论文获奖大会。在这喜庆的日子里，路沙却满腹惆怅、思绪万千，勾起对往事的回忆。7年前，陈小小和路沙原是一对恋人，获奖论文的初稿凝结着他们共同的心血。如今他赢得了光荣，而在事业上曾给他帮助和鼓励的陈小小却成了罪犯，他不由得拿出同陈小小的合影看着、想着，心烦意乱地信步来到江边。这时，李安来到路家，偶然发现了他们的合影，不料的发现搅乱了她的心，她含怨来到江边寻找路沙。路沙对于李安的质问，感到十分内疚，想当初在他对生活失去信心时，李安抚慰了他那颗受伤的心，于是他向她担露了心中的一切。当路沙讲述了陈小小出事前的一些情况后，敏感的李安发现了不少疑点。但是，为"情敌"翻案，需要拿出真正的勇气。此时，李安想起父亲曾对她说过：人要追求真实的生活。对事业的忠诚，对人民的责任感，都督促她下定决心...