百年一遇的數學天才石神，每天唯一的樂趣，便是去固定的便當店買午餐，只為看一眼在便當店做事的鄰居靖子。靖子與女兒相依為命，失手殺了前來糾纏的前夫。石神提出由他料理善後。
石神設了一個匪夷所思的局，令警方始終只能在外圍敲敲打打，根本無法與案子沾邊。石神究竟使用了什麼手法？
湯川學是東野圭吾塑造的一個名偵探，在之前的系列短篇中也有出現，是一個具有鮮明個性且具超群推理能力的人物。他在生活上非常隨意，甚至有時會讓一般人無法忍受。比如他愛喝咖啡，卻對咖啡要求不高，經常用不乾不淨的杯子喝速溶咖啡。但是涉及到案件推理時卻異常地敏銳。比如和石神一起去買便當時，石神對著玻璃倒影嘆氣，嘆息自己頭髮變稀薄了。這對一般人來說是最正常不過的行為了，但是對湯川來說卻是極為重要的啟示。讀到作品最後就會明白，也就是在這個時候，湯川對石神產生了懷疑。這看起來最尋常不過的細節，卻是破案的關鍵。因為這個普通的行為對於心無旁鶩、一心關注數學的石神來說就是異常。
在《嫌疑人X的獻身》中，靖子母女在面對富堅慎二時是弱勢群體。雖然靖子與富堅已經離婚，但是遊手好閒無賴死皮的富堅依然對靖子母女糾纏不休。
在沒有實際的犯罪行動以前，法律當然無法保護靖子母女，靖子母女的痛苦該由誰來解除？在這裡，小說有意無意的將社會中弱勢的婦女問題尖銳的提出來。正是因為弱勢的婦女在受到並未構成犯罪的騷擾時，並不能通過社會機制有效的保護自己，才導致她們可能採取過激行為來避免自己受到傷害，或許可以把這稱為預測自衛。
《嫌疑人X的獻身》這部小說中，對於環境的描寫很少。細數之下，也就只有四五處簡單的描寫，奠定了作品的冷色的基調。作品中的心理描寫及人物會話也是趨於平淡的風格，沒有什麼激烈的場面。全書的遣詞造句精煉簡明，並沒有過多的渲染技巧，可以說整個小說都是用一種接近真實的樸實語氣來展開劇情的。
傳統的偵探小說多是黑白分明，對正義進行讚頌，對罪惡進行批判，或者說法理和情感是對立的。而東野圭吾的小說多處於這兩者的中間地帶。如為女兒甘願背上罪名的靖子、在法理和友情之間糾結的湯川、為心中單純的愛戀而觸犯法律的石神。這些人物的情感表現或動機都可以說和傳統的正義是不相符的，但是讀者看完小說後也很難做出明確的定義，究竟他們是屬於善還是屬於惡，取而代之的是痛心、同情、惋惜等交織在一起的複雜感受。