Mùa hè 1997 ở Hà Nội nóng như đổ lửa, mấy cái thang máy cũ kỹ thời bao cấp ở khu tập thể Trung Tự toàn kêu cót két mỗi lần đưa người lên xuống, cánh cửa sắt sơn xám tróc lở nham nhở, mỗi lần đóng lại là vang lên tiếng "rầm" đinh tai. Chiều 12 tháng 7, Lê Thị Mai, sinh viên năm hai Đại học Mỹ thuật Công nghiệp, ôm bao sơn acrylic đi thang máy từ tầng 8 xuống tầng trệt để mua thêm giấy nhám, mà từ đó không ai thấy cô ấy nữa. Bảo vệ tòa nhà nói camera (thực ra chỉ là cái máy quay đen trắng mờ mịt lắp từ năm 1993) chỉ quay được cảnh Mai bước vào thang máy, rồi tối đen, không quay được gì thêm. Vụ mất tích này kéo Hà Nguyên Hàng và Nhiễm Phương Húc vào một hành trình phá án lòng vòng như mê cung, mà suýt chút nữa cả hai đã đánh mất cả niềm tin lẫn chính mình.
Hàng lúc đó 42 tuổi, bộ sơ mi xanh cũ sờn cổ, giày da gót mòn một bên, là điều tra viên kỳ cựu nhất đội nhưng vừa ly hôn được hơn một năm. Vợ đưa con gái nhỏ về quê Thái Bình, mỗi tháng ông chỉ nhận được một lá thư ngắn ngủn của con, viết nguệch ngoạc bằng bút chì: "Bố nhớ mua kẹo dẻo cho con". Ông cất lá thư trong ngăn kéo bàn làm việc, bên cạnh khẩu súng ngắn và mấy hộp thuốc ngủ chưa dám uống, đêm nào cũng uống nửa chai 333 lạnh một mình, nhìn ra cửa sổ phố Tràng Thi tối om. Khi được giao vụ Mai mất tích, ông chỉ lẩm bẩm: "Lại một đứa trẻ nữa mất tích, mình cũng chẳng cứu được con gái mình, nói gì cứu người ta."
Phương Húc mới ra trường, 24 tuổi, được phân công phụ trách hồ sơ cùng Hàng. Cô nhớ bố mình, cựu điều tra viên Nhiễm Văn Tính, từng dặn cô trước khi qua đời vì cơn đau tim khi đang truy đuổi tội phạm năm 1995: "Ánh Sáng Trong Đêm không phải là không có bóng tối, mà là biết nhìn vào chỗ nào có sáng nhỏ nhất, dù chỉ là tia sáng le lói từ khe cửa sổ hẹp thôi." Câu nói đó cô đã viết lên góc cuốn sổ tay điều tra, mỗi khi mệt quá là lại nhìn vào đó cho tỉnh táo. Ban đầu Hàng coi cô là gánh nặng, cứ gắt gỏng: "Em còn trẻ lắm, chưa nếm mùi người ta lừa dối, cứ chạy theo mấy manh mối rác rưởi là hỏng hết việc." Phương Húc không cãi, chỉ lặng lẽ đi xác minh từng địa chỉ cư dân tòa nhà, thức trắng ba đêm đối chiếu hồ sơ tội phạm 5 năm gần đó, mắt đỏ hoe uống cà phê đen đặc không đường để tỉnh.
Tin đồn lan khắp khu tập thể: có người nói Mai bỏ học đi theo người yêu, có người nói cô bị bắt cóc bán qua biên giới, thậm chí có bà già bảo thang máy bị ma nhập, vì tối nào cũng kêu rùng rợn. Một tuần sau khi Mai mất, ông bảo vệ già sống ở tầng trệt, người duy nhất nói từng thấy một người đàn ông mặc áo khoác gió đen đi cùng Mai vào thang máy, cũng biến mất không dấu vết. Hàng và Phương Húc suýt chút nữa bị kỷ luật vì không bảo vệ được nhân chứng, lúc đó mới hiểu cái cảm giác nghi ngờ chồng chất: có khi mình đang đi sai hướng, có khi tội phạm đang ở ngay cạnh mình mà không biết.
Mãi đến khi Phương Húc tìm ra một sợi tóc đen thô rớt lại trong khe cửa thang máy, không phải tóc của Mai (Mai tóc dài nhuộm nâu nhạt), họ mới có manh mối đầu tiên. Sợi tóc đó thuộc về một thợ máy từng sửa thang máy cho tòa nhà, bị sa thải năm 1996 vì trộm linh kiện bán chợ đen. Anh ta có em gái từng chết trong vụ hỏa hoạn ở tầng 5 tòa nhà năm 1995, mà ban quản lý đã đền bù rẻ mạt rồi giấu nhẹm nguyên nhân do chập điện đường dây cũ. Hóa ra anh ta nhắm vào Mai để trả thù, trộm chìa khóa thang máy, tối hôm đó khóa cửa thang máy lại giữa tầng 4 và tầng 5, dẫn Mai ra ngoài qua lối thoát hiểm hẹp, giam cô trong phòng kho cũ ở tầng hầm, định đòi tiền chuộc từ gia đình Mai rồi bỏ trốn. Còn ông bảo vệ? Anh ta đã mua chuộc ông già đó giữ im lặng, rồi giết ông ta chôn trong vườn sau tòa nhà.
Đêm họ đột kích vào phòng kho cứu được Mai, thấy cô gái 19 tuổi gầy rộc, mắt trũng sâu, nhưng vẫn cười được khi thấy mẹ mình, Hàng bỗng nhớ con gái mình, lấy điện thoại bàn ở trạm xá gọi về Thái Bình, nghe tiếng con gái reo "Bố ơi!" mà khóc ròng. Phương Húc đứng cạnh, đưa cho ông gói kẹo dẻo cô mới mua ở hiệu tạp hóa, không nói gì, chỉ vỗ nhẹ vai ông. Từ đó hai người không còn coi nhau là đồng nghiệp trái ngược tuổi tác, mà là người cùng chèo chống trong cơn sóng dữ.
Vụ án khép lại, kẻ thủ ác bị kết án, gia đình Mai gửi lời cảm ơn, nhưng điều quan trọng nhất là cả hai đã chữa lành những vết thương riêng. Hàng bắt đầu gọi con gái mỗi tuần, hứa tháng sau sẽ về thăm, bỏ thói quen uống rượu đêm. Phương Húc được thăng chức, trình bày báo cáo vụ án được cấp trên khen ngợi, mẹ cô cũng không còn ngăn cản cô làm nghề nữa, chỉ dặn "Cứ cẩn thận, nhớ về ăn cơm tối mỗi tuần."
Một tối cuối năm 1997, hai người ngồi trên bậc thềm trụ sở công an uống trà nóng, bên ngoài phố xá đã lên đèn, ánh điện vàng vọt hắt xuống mặt đường ướt mưa phùn. Hàng rút từ túi ra lá thư mới của con gái, còn Phương Húc xoay xoay cái bật lửa sắt cũ của bố trong tay. "Hồi mới nhận vụ này, tôi tưởng cuộc đời mình tối om hết rồi," Hàng nói, khói thuốc Vinataba bay lảng, "không ngờ lại có được đồng đội, rồi tìm lại được hy vọng." Phương Húc mỉm cười, chỉ vào dòng chữ "Ánh Sáng Trong Đêm" trên cuốn sổ: "Bố tôi nói đúng, ánh sáng đó không phải là không có bóng tối, mà là có người cùng mình đi qua đêm tối, nhìn ra được cái sáng nhỏ xíu đó thôi."
Đêm đó Hà Nội rét ngọt, nhưng cả hai đều cảm thấy ấm, bởi họ đã giữ vững niềm tin vào công lý, vượt qua nghịch cảnh bằng sự kiên cường, và hơn hết, tìm thấy Ánh Sáng Trong Đêm ở chính những người đồng hành bên cạnh mình.