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.
Quatre jeunes gens se rencontrent dans un bar. En quittant l'établissement, l'un des deux couples est massacré avec une brutalité peu commune. Quelque temps plus tard, un second couple connaît le même sort. Les experts sont persuadés qu'il s'agit là de l'oeuvre d'un tueur en série. L'affaire se complique lorsque la presse est informée des faits par des fuites au plus haut niveau. La population cède à la panique et le juge d'instruction doit diriger son enquête dans des conditions délicates. Par ailleurs, Catherine reçoit des nouvelles peu encourageantes au sujet du procès du meurtre de son père...
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