Place du Palais-Royal, un matin d'été, un homme hirsute grimpe une colonne et tend les mains vers le ciel en hurlant. Voici un nouveau patient amené par la police à l'I3P, l'Infirmerie Psychiatrique de la Préfecture de Paris. Le professeur Mathias Bernardt y commence sa journée de 24 heures, pendant lesquelles il devra diagnostiquer quelle personne en état de délire doit être hospitalisée, relâchée, ou remise en garde à vue. Face au médecin et son équipe, l'homme déclare que des individus en costumes de la Commedia dell'Arte ont agressé et enlevé son ami. Intrigué, Mathias contacte la commissaire divisionnaire Nathalie Fontaine, mais elle ne veut rien entendre de ce témoignage et n'ouvre pas d'enquête. Intrigué, il décide donc de se rendre seul au Palais-Royal...

Passage du Désir, le matin. Un cadavre est retrouvé, puis identifié par la police. Nathalie Fontaine appelle Mathias pour lui dire qu'il s'agit de Patrick Poupinel. Tous deux s'interrogent : qui est le patient de l'I3P ? Malheureusement, celui-ci s'est échappé... Flics et médecins se lancent dans une traque avant qu'Arlequin ne fasse d'autre victime. Mathias reçoit au même moment des appels téléphoniques mystérieux qui lui rappellent une rencontre ancienne...

Une ravissante jeune femme amnésique est amenée à l'I3P. Elle a été trouvée errante dans le quartier de la Butte-aux-cailles, près du puits artésien qui ravitaille les habitants en eau depuis 150 ans. Mathias surnomme donc Artésia celle qui présente plusieurs signes inquiétant d'inflammation du cerveau et qui lui dit avoir peur des portes... dans la poche de ses affaires au vestiaire, le professeur retrouve une très ancienne clef. Quel secret verrouille-t-elle ?

Deux hommes se présentent comme fiancés à Artésia, chacun l'appelant d'un nom différent. Mathias et son équipe apprennent que la jeune femme présente d'anciennes blessures, ils s'intéressent donc de plus en plus aux deux suspects, avec l'aide de Nathalie Fontaine. Pendant ce temps, un troisième homme rode autour du puits artésien... Qui en veut à la princesse de contes de fées ?

Artiste peintre bien connu des services, Paul Arkan a été arrêté car il faisait une crise dans une rame de métro. A l'I3P, le professeur Mathias Bernardt lui donne un bloc et des crayons en guise d'interrogatoire. L'artiste souffrant de bipolarité dessine le motif d'un lacet, qui aurait servit à une éxecution devant le Panthéon. Ne pouvant résister à sa curiosité, Bernardt part à la recherche d'indices sur place et trouve un morceau d'étoffe au pied de la grille d'entrée du monument. Pendant ce temps, sa collègue Sophie suit la piste d'un couvent dont les souterrains sont connectés au Panthéon, et où les religieuses semblent vouloir éviter qu'on parle d'elles.

Une victime est retrouvée devant le lycée Henri IV, une autre au cimetière du Montparnasse, il s'agit de soldats liés à un tueur dans les rangs de l'armée aujourd'hui en prison du nom de Sébastien Ruhn. Au même moment, le codétenu de Ruhn l'agresse et s'échappe de leur prison, Fontaine apprend qu'il s'agit de Krazowski, un truand dont le butin n'a jamais été retrouvé. Avec Mathias, ils cherchent la femme de Ruhn liée à ses crimes, alors qu'Arkan fausse compagnie aux infirmiers pour retourner au Panthéon...