Une enquête qui prend racine à la source de la vie. Simon Legrand, pédiatre solitaire et mélancolique, vit exilé au Vietnam. Il est confronté à l'émergence d'une nouvelle maladie incurable apparue aux quatre coins du monde. Il est d'autant plus concerné, que sa femme Maïssa Diallo rencontrée quelques années plus tôt au Burkina Faso, en est décédée. Simon est en outre la proie d'un rêve qui le conduit à vivre et revivre un drame survenu en haute montagne lors de l'ascension d'un couloir glacé, en compagnie de son frère.
Pourtant il n'a jamais eu de frère. Anna Mestrallet travaille dans un laboratoire de recherche situé dans les Alpes françaises. La vie de cette scientifique révoltée bascule lorsqu'elle découvre dans une carotte glaciaire provenant du Kilimandjaro, un fragment d'os humain datant de 11 000 ans, car l'ADN de ce fragment osseux se trouve être celui de Maïssa Diallo. La femme du Kilimandjaro est une enquête menée par Anna et Simon bien que tout les sépare et que rien ne les prédestinait à se rencontrer.
La résolution de cette énigme improbable les plongera au sein des unités de recherche scientifique, au coeur des effets induits par le réchauffement climatique mais aussi dans l'univers de la division cellulaire, aux sources même de la vie. C'est une véritable quête identitaire qui les attend, autour de la question du double et de la gémellité. La haute montagne, les immensités blanches de l'Inlandsis au Groenland, les chaleurs torrides du sahel au Burkina Faso, les relents d'essence que les motos d'Hanoï crachent nuit et jour, et puis Paris, Berlin et enfin Chambéry, petite ville des Alpes, constituent le décor de cette fiction.
En toile de fond, le réchauffement climatique provoque plus que jamais la fonte des glaces et ainsi l'émergence d'un secret parmi les mieux conservés.