2005年8月,普渡大学的女博士生陈丹蕾伪装成自己的丈夫何磊回到国内,却被上海海关当场抓获。为什么陈丹蕾要假扮自己的丈夫回国呢?上海警方通知了美国警方,在两方的联手之下,牵扯出了一桩惊天女博士杀夫案。
陈丹蕾出生于四川的一个知识分子家庭。她的父亲是一名大学老师,可是母亲的学历却比较低。害怕失去婚姻的母亲一直对父亲各种监控,总是怀疑丈夫有外遇。因为这个事,陈丹蕾的父母经常在家里大吵大骂。不想听父母吵架的陈丹蕾只能埋头于学习,最后考上了清华大学。
只是童年的遭遇让陈丹蕾有些孤僻,上了大学之后父母马上离婚更是让陈丹蕾倍受打击。就在这个时候,她的同学何磊走进了她的世界。何磊就像一个大哥哥一样照顾着陈丹蕾,何磊给了陈丹蕾安全感,很快两人就坠入爱河。
大学毕业之后,陈丹蕾以优秀的成绩获得了去美国普渡大学读研究生的资格,但是何磊并没有。陈丹蕾提出让何磊办理陪读签证,和她一起去美国,何磊欣然接受了这个提议,很快两人便一起去了美国,在美国结为夫妻。
两人最初在美国过上了幸福的小日子。何磊还在陪读期间也考上了研究生。这时候问题就慢慢出现了。天生乐观的何磊很快就和老师同学打成了一片,而阴郁的陈丹蕾却一直受到同学排挤。不顺的学习生活让陈丹蕾愈发暴躁,甚至公然顶撞老师,最后还是何磊找来了自己的导师才让陈丹蕾研究生顺利毕业。
因为童年的遭遇,陈丹蕾一直对婚姻持怀疑态度,当看到何磊经常呆在学校不回家的时候,陈丹蕾又开始怀疑何磊与别的女同学有不正当关系,对何磊步步紧逼,夫妻俩感情越来越差。
在一次何磊酒醉之后,醉醺醺地对陈丹蕾说:如果丈夫有外遇,只能怪妻子无能。陈丹蕾听后非常生气,她一气之下用刀刺伤了丈夫,因此被抓进了警察局,还是何磊花了五万美金将妻子保释出来。但是在陈丹蕾从警察局出来过后,何磊决定远离陈丹蕾,他提出要离婚。害怕失去婚姻的陈丹蕾拿出枪,两枪杀害了自己的丈夫。
陈丹蕾杀了何磊之后,还将进行了分尸,分别装进4个垃圾袋后开车抛尸。为了转移嫌疑,让警方以为何磊的失踪是因为他回到了国内,陈丹蕾才有了假扮成丈夫去过海关的念头,
假扮丈夫的事情被警察辨认出之后后,陈丹蕾谋杀亲夫的罪行也被查到。面对警察的询问,陈丹蕾将自己的犯案过程、抛尸地点、谋杀原因一一列出,人证物证俱在,陈丹蕾很快在上海被处以死刑。
陈丹蕾是可恨的、可怕的也是可怜的,悲惨的童年让她的心灵变得扭曲,做事偏执,疑心太重,一味的以自己为中心却看不到别人的付出。最后陈丹蕾的悲惨结局也都是自己咎由自取。