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.
Tony Braun, fils d'un magnat de Las Vegas, connu pour son caractère capricieux et ses extravagances, est retrouvé mort à son domicile, apparemment victime d'une overdose. Néanmoins, les enquêteurs de l'équipe de l'inspecteur Grissom découvrent rapidement que le jeune homme a bel et bien été assassiné. Des éléments laissent penser que la victime a dû ingérer de force une quantité létale de produits divers, en particulier de l'héroïne. Les recherches commencent afin de déterminer qui aurait pu avoir intérêt à faire disparaître le toxicomane et d'où proviennent les drogues mortelles...
L'équipe des experts enquête sur la disparition d'une étudiante de première année, qui s'est volatilisée de son dortoir sans laisser de traces. L'enquête ne permet pas de recueillir beaucoup d'indices. Seul élément intéressant : la jeune fille aurait une liaison avec un professeur marié. De quoi faire éclater un gros scandale...
Un ouvrier est mort sur un chantier dans des circonstances obscures. Grissom, chargé de l'affaire, suppose que le manutentionnaire a reçu un choc électrique. Contre l'avis du shérif, il cherche à prouver sa théorie. Pendant ce temps, Nick et Catherine enquêtent sur un autre décès suspect : un adolescent a succombé sur le divan de sa psychiatre, vite soupçonnée par les agents de pratiquer des séances très éloignées des thérapies habituellement proposées...
Dans un lycée, un adolescent est tué par balles dans les toilettes. Grissom, Catherine et Warrick se rendent sur les lieux. Ils interrogent les élèves que le jeune homme assassiné avait l'habitude de martyriser. Pendant ce temps, Nick et Sara doivent identifier un corp en décomposition retrouvé dans un sac.
Alors que la police scientifique a été appelée dans un appartement où des traces de sang ont été retrouvées, le locataire arrive. Celui-ci assure que sa petite amie est partie chez ses parents. Interrogés, ces derniers affirment que leur fille n'est jamais venue. Au même moment, Catherine et Nick enquêtent sur le décès suspect d'un plongeur. Son corps a en effet été retrouvé accroché dans les branches d'un arbre.
La police a surpris un homme qui tentait d'ensevelir plusieurs corps. L'équipe est appelée pour passer une scène de crime au peigne fin. Grissom, Nick et Sara, se chargent de l'enquête. De leur côté, Catherine et Warrick se rendent dans un hôtel où une femme a été retrouvée morte dans un spa. Visiblement, la victime était une habituée de l'établissement mais les circonstances de son décès demeurent inexpliquées.
Veronica Bradley, une restauratrice de livres anciens, est retrouvée morte. Les premiers soupçons se portent sur Aaron Pratt, le bibliothécaire qui travaillait avec la victime. Au cours de leur enquête, Grissom et son équipe apprennent que le jeune homme est autiste. Il est d'ailleurs l'unique témoin du meurtre. Grissom tente malgré tout d'établir la communication afin de connaître ce qui s'est réellement passé.
Le cadavre d'une femme est retrouvé dans un bac à sable. Son corps présente des marques de coups de fouet. L'enquête conduit bientôt Gil Grissom et Catherine Willows dans un club fétichiste. De leur côté, Sara et Warrick sont dépêchés sur les lieux d'un cambriolage au cours duquel un homme a été blessé par balle.
Un casino est attaqué par des malfaiteurs armés et déguisés en femmes. Une fusillade éclate et huit personnes sont blessées. Parallèlement, Catherine et Sara se rendent dans le désert où l'employé d'un magasin a été retrouvé mort. Certains indices laissent penser que les deux affaires pourraient être liées.
Un individu est abattu d'une balle en pleine tête sur le parking d'un casino. La victime s'appelait Vincent et, à 28 ans, vivait d'arnaques en tout genre. Vincent demandait aux passants d'encaisser pour lui des jetons et gardait la caution. Mais les jetons étaient faux, ce dont les touristes s'apercevaient trop tard. Juste avant de mourir, Vincent venait d'extorquer une importante somme d'argent à un couple de touristes, témoin de son meurtre. L'autopsie révèle que Vincent avait avalé une cinquantaine de doses de cocaïne. L'enquête de Warrick le place sur la piste d'Ellie Rebecca Brass, la fille du capitaine Jim Brass...
Le corps de Bob Fairmont, un homme d'affaires brillant à qui tout semblait réussir, est retrouvé dans l'ascenseur d'un hôtel-casino. Les policiers tirent rapidement les premières conclusions d'une enquête rondement menée. Ils sont persuadés que le crime a été mis en scène pour effacer des preuves et couvrir le ou les meurtriers. L'analyse des médecins légistes vient confirmer leurs craintes : Bob Fairmont a été empoisonné et tous ses organes ont été prélevés. Les enquêteurs décident de demander quelques explications à la veuve de Fairmont, qui fait office de suspecte idéale. Mais rapidement, l'enquête s'enlise...
Les corps de deux jeunes femmes sont découverts dans des silos près d'un chantier d'autoroute. Les victimes sont deux soeurs qui ne se fréquentaient guère. Par ailleurs, le cadavre d'un chasseur est découvert dans la forêt, le corps transpercé d'une balle. Sa veuve a semble-t-il souscrit une assurance-vie à l'insu de son mari.
Un homme prend pour cible des personnes nées un 17 août et maquille ses meurtres en suicide. Grissom, né également à cette date, est une prochaine victime potentielle. Il est persuadé que le meurtrier se cache sous l'identité de Paul Milander, un juge respecté, et tente de le prouver.
Un ravisseur, déterminé, ordonne à Catherine d'accompagner un homme, Roy Logan, à qui il réclame une rançon d'un million de dollars. C'est à ce prix que le malheureux aura peut-être la chance de revoir Amanda, sa maîtresse. Catherine est persuadée qu'il s'agit d'un piège et que le criminel ne laissera pas repartir aussi facilement son otage. Pour parvenir à le maîtriser, toute l'équipe doit tenter de le prendre en filature sans qu'il s'en aperçoive. Un pari d'autant plus difficile à relever que le kidnappeur a toutes les cartes en main pour réussir à disparaître dans la nature...
Le cadavre d'un photographe de Las Vegas a été découvert à proximité d'une morgue utilisée par des scientifiques. Les premiers éléments de l'enquête établissent que l'homme a été abattu à l'aide d'une arme à feu. Mais aucune balle n'est retrouvée dans le corps de la victime. Parallèlement, Grissom doit répondre aux interrogations de sa hiérarchie.
Lors d'un match de hockey, une bagarre éclate et Terry Rivers se retrouve plaqué au sol par plusieurs joueurs. Lorsque les autres hockeyeurs se dispersent, Terry reste au sol. Un examen révèle une blessure à la gorge due à une lame de patin. La thèse d'une mort accidentelle est rapidement écartée et les soupçons se portent sur ses coéquipiers.
Grissom et son équipe arrivent dans un temple bouddhiste où quatre moines ont été assassinés. En menant leurs investigations, les détectives apprennent que les religieux ont récolté d'importants fonds pour construire une nouvelle école. Catherine en vient à suspecter l'homme qui lui a permis de rentrer dans la police.
De nombreux passagers périssent dans un tragique accident de bus, non loin de Las Vegas. Alors que les pompiers interviennent aussitôt pour porter secours aux blessés, les détectives enquêtent tout de suite sur les circonstances du drame. Ils découvrent bientôt que le véhicule a été saboté. Les soupçons se portent sur un voyageur, ex-détenu.
Jane Galloway vit dans la peur, calfeutrée dans son appartement, car un meurtrier est à ses trousses. Mais malgré toutes ses précautions, l'homme la retrouve et la tue. L'équipe des experts, arrivée sur place, constate que les cheveux de la victime ont été teints par l'assassin. Un autre détail intrigue les enquêteurs. Le criminel s'est introduit dans l'appartement sans effraction.
Une dame âgée, qui vivait recluse, entourée de ses chats, est retrouvée morte dans son appartement. Grâce à l'autopsie, Warrick, Catherine et Grissom prouvent qu'elle a été poignardée. Mais l'enquête se révèle délicate, car il n'y a aucun témoin. Parallèlement, des criminels ont piégé la voiture d'une jeune femme.
Le corps d'un homme, totalement calciné, est retrouvé dans une tombe de fortune. Rapidement, les experts découvrent son identité : il s'agit d'un certain Bob Martin, qui a été blessé dans un accident avant de trouver la mort. Grissom et son équipe doivent déterminer comment il est passé de vie à trépas. L'autopsie révèle des traces de poudre de lessive sur le cadavre. Pendant ce temps, Nick cherche à élucider une autre affaire : le corps d'un randonneur a été découvert dans le désert. Or l'homme est mort noyé : un vrai casse-tête pour les experts, qui se trouvent face à une énigme particulièrement ardue...
L'ancien chef de la police de Las Vegas est retrouvé mort, sauvagement massacré. Sa femme Mina et sa fille Sasha ont mystérieusement disparu et restent introuvables. Gil Grissom et son équipe hésitent entre un règlement de comptes lié à l'activité professionnelle du défunt et une vengeance ayant trait à sa vie privée. Le passé du policier est aussitôt fouillé, mais sans succès. Alors que les experts piétinent, l'enquête prend un nouvel élan lorsque la présence de Sasha est signalée à Miami. Dépêchés sur place, Warrick et Catherine découvrent que leurs confrères, menés par Horatio Caine, sont eux aussi sur cette affaire...
Une inconnue a été retrouvée morte dans un caddie, près d'un passage souterrain. Les experts cherchent tout d'abord à déterminer son identité mais la tâche s'avère particulièrement délicate. En effet, le visage de la victime est totalement méconnaissable. Le meurtrier s'est visiblement acharné à la défigurer.
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