夏洛克面临最强大对手，一个完美模仿他思维模式的罪犯。
伦敦出现了一系列完美犯罪，凶手似乎能预知夏洛克的每一步行动。更令人不安的是，每个犯罪现场都留下了夏洛克独有的思考标记。华生发现这些案件与夏洛克多年前处理过的一个少年犯有关，而那人早已被宣告死亡。当苏格兰场开始怀疑夏洛克本人时，他必须与时间赛跑，证明自己的清白并抓住这个了解他一切思维模式的“镜像杀手”。最终对决在贝克街221B展开，夏洛克不得不面对自己思维模式可能带来的毁灭性后果。
本季探讨了夏洛克的内心世界，与“镜像”对手的较量极具智力冲击。剧情在保持推理严谨的同时，增加了对主角的心理剖析。