《烧脑》主要讲述只有三年记忆的悬疑小说家一边寻找素材一边探寻自己身世之谜的故事，吴铁柱不仅是悬疑小说家，还是心理学硕士兼心理咨询师，他只有近三年的记忆，对三年前的事一无所知，所以他一直在寻找之前的记忆。
为了给自己的创作寻找素材，他会亲自参与到各种悬疑案件中，每个案件看似简单，实际上都隐藏着很多不为人知的秘密，在深入案件的同时，他也发觉社会上存在着一个他不知道的势力，这一势力似乎和自己有着千丝万缕的联系。
吴铁柱能察觉到神秘势力在酝酿一个大计划，但他始终无法解开这个谜团，这主要还是因为失忆导致的，实际上，吴铁柱的真实身份就是这一神秘组织的成员干部之一，代号为“作家”，不过后来他叛变了组织。
代号为“渤海”的吕欧一直奉命调查“作家”叛变一事，他与吴铁柱、颜欣怡一起遭遇车祸，吴铁柱也是从那时起失忆的，随着故事的推进，吴铁柱逐渐知道了自己的真实身份，他和神秘势力之间的斗争逐渐浮出水面。