Holmes et Watson ont été réintégrés dans les effectifs de la police, mais Sherlock, très perturbé par la présence de son père, Morland Holmes, en ville, lui propose de l'aider à terminer un projet en cours, afin de hâter son départ de New York. En parallèle, les deux enquêteurs participent aux investigations relatives à un double meurtre. Les victimes sont deux hommes, de parfaits sosies. Cette enquête étrange les conduit dans le monde fascination de la technologie de la reconnaissance faciale...