"Высшая мера" — это детективный сериал, основанный на реальных событиях. Действие разворачивается в Ярославле 70-х годов, когда город потрясают загадочные преступления. Одно из них — ученый-физик, страдающий психическим расстройством, обезглавливает соседку и сдаётся полиции. Второе — на старой ТЭЦ находят тело рецидивиста, убитого шилом или отвёрткой. Подозреваемым становится дважды Герой Советского Союза и ветеран-лётчик.

Для расследования этих дел привлекают следователя по особо важным делам. Он начинает связывать преступления между собой и выясняет, что обе жертвы были связаны с местной психиатрической клиникой, где за последнее время произошло несколько загадочных смертей. Следователь сосредотачивается на главном враче и его заместителе, подозревая их причастность. В ходе расследования он открывает шокирующие методы лечения и жестокие эксперименты над пациентами.

По мере углубления в дело следователь понимает, что преступления выходят за рамки города. Следы ведут его через всю страну, раскрывая новые эпизоды жестокости и несправедливости. Каждое новое открытие приближает его к пониманию природы убийцы и мотивов преступлений. В процессе расследования он сталкивается с сопротивлением со стороны руководства клиники и некоторых представителей власти, которые не хотят, чтобы правда всплыла на поверхность.