影片《荆棘的花冠》讲述了汉川省北川市城南区市容监察大队四名工作人员，在查处“不白吃”小吃店违章占道经营时，与39岁的店主白杨林发生争执。执法人员将白杨林强行拉上车，途中发现他面色发青、脉搏全无，送医后最终抢救无效死亡。检察院法医认定，白杨林因脂肪心引发心力衰竭而死，但这一结论引起死者亲属和当地群众的强烈质疑，数千人要求重新复核死因。
省检察院法医室主任冷梅奉命担任首席法医学鉴定人，联合法院、公安及司法部门的法医专家，对案件展开复核。原鉴定人高望是冷梅的同门学弟，而参与重新鉴定的魏振东、林海音教授夫妇，既是享誉全国的法医专家，也是冷梅情同父母的研究生导师。面对可能推翻原有鉴定和导师结论的局面，冷梅陷入良心的挣扎。
与此同时，涉案嫌疑人之一王家宝是冷梅丈夫乳娘王阿娘的侄子。王阿娘孤身一人，晚年需要依靠侄子照料，而复核鉴定一旦改变结论，王家宝将可能身陷囹圄，这又让冷梅承受着感情上的考验。出乎所有人的意料，冷梅最终作出的鉴定结论发生了实质性的变化……
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