I närheten av det vackra naturreservatet Tinnerö, strax sydväst om centrala Linköping, hittar en förbipasserande hundägare en ung kvinna mördad, en kvinna som varit försvunnen i ett par veckor.
I en annan del av Sverige arbetar en nystartad Cold Case-grupp intensivt, under ledning av Sofija Estvanic från Växjö, med att utreda två mystiska försvinnanden från den lilla tätorten Slöinge i Halland.

Med outsinlig energi och med benäget bistånd från kollegorna Johan Fransson och Sandra Faréus, lyckas Cold Case-gruppen finna samband mellan Slöinge-fallen och det makabra fyndet i Linköping. Dessa slutsatser försätter den lilla gruppen i absolut livsfara och en lika intensiv som frustrerande och riskabel jakt på mördaren vidtar.

PROJEKT X är den tredje, och avslutande, fristående delen om kriminalinspektör Johan Fransson och hans kollegor vid polismyndigheten i Växjö. I serien har tidigare utgivits Popularitetsklubben (2011) och President McKinleys sista dagar (2012).