沉底七年的水库灭门凶案，三个懵懂青年因一念之差成为背负罪孽的亡命狂徒。
为了赎罪，三人拼命工作，低调做人。他们不娶妻，不交友，偏居一隅合力抚养一个叫"尾巴"的女童。心智过人的"协警"辛小丰（邓超 饰），习惯性地用自己的左手捻灭燃烧的烟头，他是"刑警"伊谷春（段奕宏 饰）最得力的拍档，也是伊谷春从没放弃过怀疑的对象；伊谷春的妹妹伊谷夏（王珞丹 饰）对"的哥"杨自道（郭涛 饰）一见钟情，却屡遭拒绝；看守鱼排的"渔夫"陈比觉（高虎 饰），常与他们会合于城郊小屋，这一切的背后，还有一双热衷于偷窥的眼睛，又突然闯入一名同性恋者……
灼烈揪心的追凶之途上，父女之情、同性之谊，交揉罪与义，情与法，在故事结尾却发生了变化…
幕后花絮：
原著小说中，郭涛饰演的角色为第一主角，而段奕宏饰演的警察只是充当串连剧情的线索人物而已。但是电影版对角色的比重进行了调整。
为了保持《烈日灼心》里阴郁的状态，邓超在拍戏时离群索居，甚至都不跟剧组演员打交道。别的演员拍完戏换上便装休息了，而邓超除了睡觉，几乎没有脱下过自己那身协警服，有时他直接穿着制服去吃火锅，让店家误以为出事。
邓超多次在片场崩溃，失声痛哭，为辛小丰身世经历感叹，有时在片场还会产生错觉。因为过度压抑，他甚至两次在现场晕了过去，有时在片场情绪失控还“大骂”导演。
有一场戏不仅要求邓超以竞走速度完成近50米石板路台阶，更要全程用尽全力背起身材壮实的郭涛。
段奕宏为了饰演刑警角色，特地花费半个月时间到厦门地方派出所体验生活。
邓超每天和段奕宏都穿着警服进酒店，让人误以为酒店出事，他俩还去地摊买两三块钱的假三枪内裤，从生活完全进入角色。
郭涛饰演的出租车司机十分“重口味”，为拍摄特殊场景的需要，画的妆甚至过了一周都无法洗下。而片中需要给自己缝针的场景，则让郭涛大喊招架不住。
拍摄水下戏时，现场地下水道的水又臭又脏，水面漂着一层焦黄色的漂浮物，而邓超必须在水下完成一系列动作，而且整个水下戏的拍摄时间以天计算，一下去就是一天，段奕宏在现场一直提醒邓超注意自我保护，说水中的细菌搞不好会让皮肤溃烂。
为了追求更好的拍摄效果，邓超在片场屡次与导演现场“对骂”。
拍摄注射死刑的那场戏非常辛苦，最终这部分戏也做了些修改。演这场死刑戏邓超决定用真的注射的方式，在注射的时候找的不是专业的医生，刚开始扎了几次全都扎偏。那是一个七分钟的长镜头，从血管带到脸，开始是清醒的，到小丰害怕死亡的感觉。再换到死刑仪的镜头，一共有三管镇静剂，是一个三到四分钟的长镜头。
关于死刑戏审查问题，曹保平表示死刑戏本来拍的是三分五十秒的长镜头，从注射到最后断气的每一个细节。但由于这个劲道太大，所以最后做了妥协，剪掉了一点。
最初段奕宏想饰演的是辛小丰这个角色，后来导演让他饰演伊谷春。
影片评价
电影《烈日灼心》的表现非常冒险、大胆、极具张力，三位男主角的演出“密不可分”。
曹保平在剧本创作时巧妙地保留了原著的精华部分，由段奕宏饰演的伊谷春与邓超饰演的辛小丰两人“相爱相杀”，在彼此情感升温的同时又互相提防暗战的情节，充分利用演员的表演，来推动情绪与线索发展，使得整部电影一直处在极大的张力之中，令人喘不过气。
两个杀手既然没被堵在酒店房间，不赶紧逃命，主动和警察玩起来枪战，好想采访一下他们的动机
同时也想问一下他们在警察没有战斗力的情况下从双子大厦来回走天桥的心路历程，对了他们刚开始完高空戏码完全是为了逃跑，那为啥不一开始趁警察没发觉悄悄地离开。。（为了枪战- - 这里默哀警察杜松一分钟，最后拿个斧头脚一滑就这么摔下去了，同事兼战友对他的牺牲表现得毫无心里负担（或许身为主角操心的事太多。
伊警官一边抓捕着小丰，一边自信满满地告诉阿道“我给你半个小时”，倒是也不怕阿道跑。
并不是说《烈日灼心》没有问题，比如被很多影评人津津乐道的最后那场高楼追逐戏，就显得过于冗长和虚假，不知道现在的版本会不会下决心多减掉一些浮夸的细节。但这个电影，某种程度上填充了中国中型故事片的一个空白。
最初，几个人犯下了罪行，只是把自己拖入了深渊，但多年之后，这几个凶手各自陷入各自的绝境的当口，与他们狭路相逢的人，却也都被拖拽着陷入了情感与伦理的绝境，所有人无一幸免。这个故事的内核就是如此绝望。
对于同性恋的描写，若放在平权呼声比较高涨的国家，肯定是政治不正确的。段奕宏对着“出柜”的邓超来了句，我愿意尊重你的取向。光这一句话就能惹毛一大群人：你以为自己是谁？尊重同志还得看你愿不愿意？估计要给他扣一个歧视者的帽子，并要求从神圣的公安干警队伍里开除出去。话说回来，段哥哥这一段的表现相当令人绝倒，有点80年代国产影视剧里那种思想保守的老同志面对新生事物无所适从又不得不表现出认可以免被人说成是老顽固的尴尬，从那个“cao”开始，拿捏地非常精准，以至于一整段都充斥着喜感，影院里笑声连连。其实换个思路，我们也可以理解为，段奕宏是得知被“横刀夺爱”后，一时怒不择言说错了话，相信腐女们可以找出一百条证据为这一人之常情佐证。
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