《虚像小丑》共收入四则汤川冷静推理并破解不可思议案件的故事——《幻惑》《心听》《伪装》《演技》。

《幻惑》：周刊杂志宗教法人“苦爱会”在本部大楼取材时，担任“苦爱会”第五部长职位的男人从五楼的窗户坠落身亡。表面看起来第五部长是因为盗用公款被教祖连崎至光质问而跳楼自杀，但连崎则声称那是自己用念力令第五部长坠楼，并向警方自首。辖区警察对连崎的口供感到疑惑，于是拜托草薙侦查此案。虽然一开始草薙怀疑信徒和杂志记者是共犯，但之后发现周刊杂志和苦爱会没有是共犯的可能性。从草薙那里听说案件的汤川也因“似乎与物理学没什么关系”而不予协助，案件最终以自杀定论。之后草薙对此案依然不释怀，另一方面苦爱会也因周刊杂志的报道而受到高度瞩目。然而其影响力在草薙身边引起了不小的风波，对此看不过眼的汤川和草薙再次着手调查案件，汤川与和连崎对峙，揭开所谓念力的真面目。

《心听》：

OL胁坂睦美因为只有自己才听得到的类似飞虫在周围飞动的声音而困恼。而此时睦美的上司·部长早见达郎从公寓的家中阳台坠落身亡。因为早见在坠楼前的行动有很多奇怪之处，于是草薙和内海向包括睦美在内的相关人员询问详情，但因找不到证明他杀的决定性证据而终止搜查。之后过了不久，患上伤风的草薙去医院看病时遇到一个周围捣乱发狂的男人，虽然很快将其制服，但却被刀刺伤而入院。从警察学校的同学兼辖区警察北原那里，草薙打听到刺伤自己的男人加山幸宏受幻听困扰，精神变得衰弱，并且加山与早见任职于同一公司的相同职位。因此草薙开始怀疑此事与早见一案之间必有联系。

之后内海和北原一同拜访汤川，拜托他验证草薙认为有人故意让早见和加山产生幻听的推论。汤川则鼓动对草薙的推论不屑一顾的北原去让加山和自身对话，让内海和北原前往睦美的住所，并特别指示“加山产生幻听时在他身旁的人，就是让他困扰于幻听的人”。

《伪装》：汤川和草薙出席在山中开度假村旅店的大学时代羽毛球部的朋友的婚礼。在前往旅店途中，他们的车胎被刺破。这时桂木多英借了雨伞给在雨中换车胎的草薙和汤川。此后桂木的双亲被发现惨死在旅店的别庄里。多英的父亲武久坐在摇椅上被霰弹枪射杀，母亲亚纪子则被扼杀倒在地上。因大雨引发的泥石流将连接旅店和别庄的唯一道路封锁，草薙于是急忙承担案件的初始调查。之后查明身为作词家的武久的弟子鸟饲修二怀疑武久盗取了自己创作的歌词，而当时他打算和武久在别庄谈话，因此怀疑鸟饲是犯人。汤川在看了草薙拍摄的现场照片后，对现场的状况感到些许不协调。之后汤川开始注意到多英，并向她提出质问，最终揭露出在现场实施的伪装。

《演技》：剧团“青狐”的领班驹井良介在自家中被刺杀。杀害驹井的同剧团女演员神原敦子利用驹井的手机制造不在场证明，假装受到驹井的来电前往驹井家，成为尸体的第一发现人。更以手机拍摄烟花照片的拍摄时间，使人误以为驹井在打电话的时候被杀，借此逃避嫌疑。然而在查出凶器是剧团内使用的刀，众人皆认为是剧团内部的人作案之时，草薙和内海仍然感觉是敦子使用了不在场诡计，而一步步向真相核心进逼。期间，与剧团有关联的汤川偶然接受了敦子打听警察调查情况的询问。在从草薙那里将案件的前因后果了解之后的汤川，将注意力集中在剧团的刀被用作凶器的理由，最终在看过现场后汤川失声笑道“这么简单的诡计居然可以骗过全天下的警察”，并揭开了敦子真正想下手的对象。

该作内容和收录5篇短篇的前几作短篇集不同，只收录了4篇短篇。此外也出现了草薙再次担任曾一度由内海担任的请求汤川帮忙的任务的场面。