新東洋新聞の記者明石良輔は昭和日報の女記者鳥飼美々とは親しい間柄だったが、いざ事件となると職業柄すぐけんかになり、美々に特ダネを先にとられてしまうので良輔はくさっている。ある日警視庁で美々は偶然にも親友の由利枝に会ったが、彼女は物理学者摩耶龍造の後妻にあたる志満子の姪である関係から、摩耶家で生活していたが、龍造の弟子である菅八郎が別荘の火災中に怪死をとげ、その場に居合わせた由利枝にけん疑がかかり容疑者として岡田警部に取調べをうけているのだった。取調べの最中でも、由利枝は虹の幻影と何か摩耶家にひそむ不思議な因果におびえて、虹を否定した菅は、虹男に殺されたのだといい恐怖にわなわなふるえていた。彼女の忠実な女中かねも、電話で彼女にとっての秘密な事実を告白しようとしたが、虹の幻影にほんろうされ第二の被害者となった。この摩耶家にはその外勝人という奇怪な虹の画を描く長男の勝人と、最近家に帰って来た次男の豊彦がいた。保釈になった由利枝は美々に家に来てもらい、美々も職柄のセンスで探知し始めた。摩耶家の家族みんなが虹男を恐れ、虹という現象を尊び、何か一種の秘事を各自持っている事と、勝人と豊彦は後妻の志満子に憎悪の念を持っている事、龍造の秘密を志満子が握って夫婦関係がうまくいかぬ事や、皆んな殺されるのがこわさに秘密を保持している事が解り出した。そのころ第三の被害者たる志満子が寝室で虹の幻影にせめられナイフで惨殺された。また条件は由利枝に不利になって来る。それから少し経つある夜ヴェランダをのぞいた美々の眠に龍造が一人でブドウ酒を飲みながら古いノートを出して読んでいる姿を見つけたが、突然その龍造が又もや虹の幻影にとりつかれうろたえ出した。駈けつけた人々の介抱で、ソファに運ぶと、瞬間天井のシャンデリアが彼の頭に落下した。龍造は生命はとりとめたが虹男による第四のぎせい者は出された。事態は次第に急をつげ、岡田警部は美々が拾ったノートの主たる龍造の親友で、逆境で世をさった矢島の研究を盗んで、彼が学位をとった事や、由利枝が死んだ菅と関係があり、既に彼の子を妊娠している事などの確証をにぎり、勝人と豊彦にせまった。勝人は岡田の鋭い質問に逢っておどおどし、犯人は俺じゃないと盛んに弁明した。由利枝は真実を語ろうと美々に話しかけたがやはり虹の幻影にせまれ、語る事が出来ず、階段のテスリに身をゆだねたとたんにテスリが落ちて、彼女は流産してしまった。岡田はテラスの事や、良輔が飲んだ酒にめまいと幻影を起させるメスカリンの入っていた事を上げ、犯人は犯行前にこの液をまず被害者に飲ませたといった。勝人は画家の立場としてメスカリンをのみ、虹のような病的な色彩感覚を愛したのだと言い張った。岡田の質問は豊彦に向けられ、豊彦が八郎に似ている事、アルバムをはがした事などのするどい探りを入れると豊彦は遂にもだえ始めた。由利枝の発言で虹男が彼であり彼こそ由利枝が愛していた豊彦をしっとのため殺し今まで豊彦になりすましていた菅八郎であったのだ。