Marzo de 1990. Marta, una adolescente de dieciséis años, decide quitarse la vida tras las humillaciones que sufre por parte de un grupo de cuatro compañeros del instituto. Su inseparable amiga Isabel le promete en su lecho de muerte que hará todo lo posible por desvelar la verdad de lo que le sucedió para que tomase esa drástica decisión. Más de veinte años después, Isabel ejerce como orientadora de un instituto privado, presenciando un nuevo acto de bullying contra un alumno, que le traerá de vuelta recuerdos que ya creía enterrados. A su vez, aparecen muertos varios adolescentes —en circunstancias aparentemente normales—, pero en unas fechas muy concretas, activando un resorte en el cerebro de Eliseo Camacho, el inspector encargado del caso de Marta en el pasado. Eliseo no dudará en remover todo lo necesario para relacionar la muerte de esta con la de los chicos, en una carrera frenética contra reloj para evitar una nueva muerte que cierre un círculo que él solo ve. En El cerebro de Caín, Eduardo Blázquez se sumerge de nuevo en la mente humana, explorando todos sus recovecos, mezclando pasado y presente, y haciendo dudar al lector de todo cuanto cree saber, demostrando que, una vez más, las apariencias «pueden ser engañosas».
