《神探伽利略第二季》延续了第一季的风格，汤川学教授依旧由福山雅治饰演，柴崎幸换成了吉高由里子饰演的女警岸谷美砂。本季开篇便是离奇的人体自燃案件，美砂在调查中遇到难题，求助于汤川学。汤川凭借其天才头脑和专业物理知识，通过一系列实验和推理，解开了人体自燃背后利用钠的化学原理作案的真相。此后，他们还遭遇了诸多不可思议的案件，如灵魂出窍现象、瞬间移动谜团等。每一个案件都充满了神秘色彩，汤川学在美砂的协助下，一次次用科学知识揭开案件的神秘面纱，让真相大白于天下。在这个过程中，汤川与美砂也建立了独特的合作默契。