《燒腦》主要講述只有三年記憶的懸疑小說家一邊尋找素材一邊探尋自己身世之謎的故事，吳鐵柱不僅是懸疑小說家，還是心理學碩士兼心理諮詢師，他只有近三年的記憶，對三年前的事一無所知，所以他一直在尋找之前的記憶。
為了給自己的創作尋找素材，他會親自參與到各種懸疑案件中，每個案件看似簡單，實際上都隱藏著很多不為人知的祕密，在深入案件的同時，他也發覺社會上存在著一個他不知道的勢力，這一勢力似乎和自己有著千絲萬縷的聯絡。
吳鐵柱能察覺到神祕勢力在醞釀一個大計劃，但他始終無法解開這個謎團，這主要還是因為失憶導致的，實際上，吳鐵柱的真實身份就是這一神祕組織的成員幹部之一，代號為“作家”，不過後來他叛變了組織。
代號為“渤海”的呂歐一直奉命調查“作家”叛變一事，他與吳鐵柱、顏欣怡一起遭遇車禍，吳鐵柱也是從那時起失憶的，隨著故事的推進，吳鐵柱逐漸知道了自己的真實身份，他和神祕勢力之間的鬥爭逐漸浮出水面。
