Tourmens, grande ville du centre de la France. Une jeune femme, pourtant en pleine santé, meurt d'une complication rare de sa grossesse. Charly Lhombre, médecin généraliste, n'arrive pas à croire au hasard. En recherchant les causes de ce décès, il découvre plusieurs cas suspects dans la clientèle d'un gynécologue spécialisé dans la procréation médicalement assistée... Au même moment, Jean Watteau, juge d'instruction, enquête sur la mort bizarre d'un professeur de pharmacologie... Pendant que Lhombre et Watteau se lancent à la recherche de la vérité, une multinationale du médicament manipule patiemment les pions qui lui permettront de dominer un marché en pleine expansion...

S'inspirant de faits authentiques, Mort in vitro met au jour les relations ambiguës qui lient l'industrie pharmaceutique au monde médical – aux dépens, parfois, de la vie d'autrui.