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.
Durant le procès des meurtriers présumés du propriétaire d'un restaurant, Grissom découvre une nouvelle preuve qui réfute les conclusions de la police scientifique. Cet élément inattendu justifie que l'enquête soit rouverte et reprise à son tout début. Ecklie entame aussitôt une procédure contre Grissom et son équipe. Les résultats des investigations menées par Conrad Ecklie ne sont pas pour plaire aux policiers, puisqu'ils remettent profondément en cause leurs conclusions. D'importants changements pourraient bien être à l'ordre du jour. La situation est tendue et la crise couve au sein de l'équipe...