黒い雨が降ることは米軍も予想しておらず、その正体は戦後長く明らかにされることがなかった。この黒い雨の謎を解くため、ＮＨＫが市民に資料の提供を呼びかけたところ、広島市内の住宅の壁に黒い雨の痕跡がくっきりと残されていることがわかった。黒い雨はどうして降ったのか？黒い雨の中身は何か？人間や環境への影響はあるのか？様々な証言や残されたデータ、そして新たに発見された痕跡を科学的に分析し、黒い雨の正体を探る。