À Las Vegas, un groupe d'experts scientifiques de la police recueille des indices sur les scènes de crime pour résoudre des enquêtes complexes. Un temps conduite par Gil Grissom, un entomologiste qui garde toujours son sang-froid, l'équipe enchaîne les affaires délicates : meurtres sanglants, viols, disparitions, leur taux d'efficacité est impressionnant. D.B. Russell, qui prend la suite des opérations après le départ de Gil Grissom et l'intérim de Raymond Langston, tente de maintenir la réputation d'excellence du service.
L'équipe intervient sur une scène d'accident de voiture. Sur place, elle trouve trois personnes décédées et un cerveau humain qui n'appartient à aucune des victimes. Les experts cherchent à analyser ce cerveau pour comprendre ce qui s'est passé. Ils découvrent qu'il appartient à un militaire mort de façon mystérieuse. Son cerveau avait été ensuite dérobé dans une morgue locale par une des victimes de l'accident de voiture la nuit du drame. Mais les experts s'interrogent sur les raisons du vol de ce cerveau. S'agirait-il d'un trafic d'organes ? L'enquête s'avère beaucoup plus complexe que l'équipe ne le pensait...
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