亡くなった妻・Y子の死因を「急激な乾酪性肺炎」と院長たちに判断されていることに疑問を抱く三谷は、自らの考えを証明するために彼女を解剖しようと考える。親族の反対にも聞く耳を持たない彼に愛想を尽かす人々の中で、唯一彼の兄だけが解剖を止めに来ていた。
妻が死んだ翌日すぐに解剖の準備を始める彼に兄は「自分の生活と学術のどちらが尊いのか」と疑問を投げかける。それに対して彼は「自分の生活は学術の尊さだけ尊い」と論じ合うのを終わらせるのだった。ついに解剖室で兄の立会いの下、解剖を開始する。
淡々と進む解剖の最中、三谷は脳膜を調べたくてたまらなくなり、妻の脳の摘出を始める。ここで兄が止めにかかるが、兄はショックで突然失神してしまった。
兄が解剖室から去った後、三谷は手の震えを止めることができなくなり、助手に死体の頭の開封作業を頼み、窓際で煙草を吸いながら中庭に視線を向ける。鋸で物を引く音を背景に、彼は二人の看護師たちを見かけた。手紙を熱心に読んでいる彼女たちの様子は「何とも言えぬ美しさと可憐さ」があった。死体の頭部への作業が終わったことを報告する助手の呼びかけに、三谷は再度解剖の続きを行い始める。脳の様子を見て彼は自身の考えの正しさを確信した。妻の死因が「粟粒結核」であると証明を果たしたのだった。
しかし、三谷の心には目的が達せられた充実感などはなく、あるのは逆に悲しい孤独に帰りたい気持ちであった。早く解剖を終わりにしたい一心で、解剖の型通りに今度は胃を開くと、そこには大量の喀血を飲み込んだ痕跡が見られた。その痕跡を契機に三谷は妻の凄惨な死に目を思い出してしまう。
後の始末を助手に頼み、三谷は解剖室を出ていく。彼は自身の実験室に戻り、妻の肉片が浮かぶ瓶を額に押し当てて涙を流すのだった。