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.
Gil Grissom, Sara et Nick enquêtent sur l'explosion d'une caravane qui a fait deux victimes. Catherine et Warrick doivent retrouver l'identité d'une très belle strip-teaseuse découverte morte et à moitié nue dans le quartier chaud de Las Vegas. Deux corps en état de décomposition, retrouvés dans le coffre d'une voiture, sont amenés au laboratoire.
Grissom et Sara sont chargés d'enquêter sur le décès d'un chauffeur de taxi, tué par balle. Quant à Warrick et Sofia, ils s'occupent de la mort de Julian Harper, une star montante du cinéma...
Catherine et Grissom enquêtent sur la mort de Becky Lester. Le mari prétend s'être endormi un moment et à son réveil, il dit avoir retrouvé son épouse allongée dans les escaliers, couverte de sang. Mais pour les détectives tout porte à croire que l'accident a eu lieu plusieurs heures avant que Lester appelle les secours.
Les Copeland se réveillent soudainement, alertés par des bruits dans leur maison. L'homme saisit un pistolet et descend les escaliers, découvrant un jeune homme en train de saccager sa cuisine, les poches remplies de nourriture. Il chasse aussitôt celui-ci dans son jardin où il se retrouve face à une douzaine de rôdeurs. Il les menace et ceux-ci se dispersent dans la nuit, laissant derrière eux un corps sans vie.
Sara, Nick, Warrick et Greg se rendent dans l'est du Nevada. Cette fois-ci, l'équipe doit enquêter sur la disparition d'une famille entière. Du sang présent dans la maison laisse supposer que tous les membres sont morts. Mais en l'absence de corps, Nick est persuadé du contraire. En cherchant des indices sur les lieux du drame, une voix de petite fille résonne. Les détectives espèrent retrouver vivante la jeune victime…
Lana Adalian découvre sa sœur Christina morte chez elle d'une balle dans la tête. Un mot d'adieu laissé par défunte, ainsi que le revolver retrouvé dans sa main, laissent penser à un suicide. Catherine et Sara se rendent sur les lieux du crime et en examinant le lieu du crime, elles découvrent des traces de sang suspectes. L'équipe est persuadée qu'il s'agit d'un meurtre maquillé en suicide.
Dans les rues de Las Vegas, un contrôle routier dégénère en fusillade. Plusieurs personnes trouvent la mort, et parmi elles, le sergent Bell. Sophia Curtis et James Brass étaient sur les lieux. Des témoins affirment avoir vu la police tirer sur des hommes qui n'étaient pas armés. Elle pourrait avoir accidentellement tué le sergent. Grissom et Willows enquêtent afin de découvrir ce qu'il s'est réellement passé.
Grissom et son équipe poursuivent leur enquête à la suite de la violente fusillade qui a endeuillé Las Vegas. Ils s'orientent vers une affaire de trafic de drogue qui aurait mal tourné. Quatre suspects seraient intervenus pour protéger le convoi. Sofia et Jim restent hantés par la mort de l'officier de police tué à cette occasion...
Le corps sans vie de Jerry Gable est retrouvé dans une benne à ordures. Les inspecteurs constatent que la victime a la bouche tâchée de confiture et les mains souillées de purée. Cette piste les mène à un concours de mangeurs de hot-dogs. Sara, Sofia et Nick enquête, quant à eux, sur le double meurtre de Lori et Michael Tinsley.
Alors qu'elle pique-nique dans un parc, Karen Matthews s'aperçoit que son fils Jesse vient d'échapper à sa vigilance. Elle signale aussitôt sa disparition à la police qui commence à le rechercher activement. L'enfant est bientôt retrouvé dans un supermarché en compagnie d'un couple qui prétend être ses vrais parents.
Grissom et son équipe sont chargés d'enquêter sur le meurtre d'un homme atteint d'une pilosité anormale. Pour certains, il s'agirait de la preuve que le défunt était un loup-garou. L'autopsie révèle des faits troublants, notamment que la victime a été abattue d'une balle en argent. Les investigations font également apparaître que le défunt avait multiplié les paris en ligne et qu'il avait contracté de fortes dettes. Le propriétaire du site sur lequel il s'était connecté l'avait d'ailleurs menacé de représailles s'il ne payait pas. Malgré son handicap, l'homme avait projeté de se marier sous peu...
En rentrant de discothèque, Bianca et Chelsea découvrent le cadavre du petit ami de Bianca dans le garage. Celui-ci a été poignardé. Catherine et Nick tentent d'élucider le meurtre d'une jeune femme, Sylvia Mullins, qui a été renversée par sa propre voiture. Les policiers pensent à un vol qui aurait mal tourné.
Durant une soirée chic donnée par Lois O'Neill, une célébrité de Las Vegas, un serveur est assassiné dans les appartements de la maîtresse de maison. Celle-ci déclare ensuite aux policiers que le serveur souhaitait sûrement la supprimer. Les détectives portent leurs soupçons sur de nombreux suspects. Mais lorsque Lois, organisatrice de la soirée, est retrouvée morte dans son jardin, l'affaire prend un nouveau tournant.
Gil Grissom et son équipe enquêtent sur la mort d'une jeune femme, qui fréquentait beaucoup les soirées de Las Vegas. Elle a peut-être perdu la vie dans un accident de voiture dont elle porterait la responsabilité. Peu de temps après le drame, un meurtre est commis. Les experts jugent qu'il est probablement en relation avec la mort de la conductrice, ce qui remet en question les premières conclusions sur son décès...
En plein désert, le corps d'une jeune femme est découvert à moitié ensablé. Elle est en sous-vêtement, le crâne rasé, le chiffre 19 tatoué sur la peau et la main droite en moins. Une autopsie est réalisée pour essayer d'en apprendre davantage. Lors de l'autopsie, le médecin légiste découvre que son corps a subi de nombreuses interventions.
Alors que Martin Sidley passe une agréable soirée en compagnie d'une étudiante, son salon se remplit de fumée. La police dépêchée sur place découvre un corps dans le conduit de la cheminée. L'autopsie révèle bientôt l'identité de la victime, une certaine Caroline Fitzgibbons, dont la disparition n'a jamais été élucidée.
Sofia est appelée dans l'un des quartiers chics de Las Vegas où l'attend une jeune femme en état de choc. Christina Hollis vient d'être violée et ne garde aucun souvenir de son agression. Lorsque Catherine et Grissom arrivent peu après sur les lieux, une équipe de tournage prend place. Avec l'accord du shérif, elle vient filmer les détectives sur le terrain.
Stacy Vollmer, une brillante élève, très populaire sur le campus de son université, est retrouvée morte après une chute dans les escaliers. Rapidement, Marlon West, un adolescent, étudiant dans la même université que la jeune fille, s'accuse du crime. Mais la petite soeur de Marlon, Hannah, 12 ans, appelée à témoigner dans le cadre de l'enquête, tente de disculper son frère en affirmant que c'est elle qui a poussé Stacy dans les escaliers. Le juge donne 72 heures aux experts pour démêler le vrai du faux et livrer au jury le véritable coupable de cet assassinat. Une course contre la montre s'engage...
Une médium délivre à deux femmes des prédictions de mauvais augure. Peu après, le cadavre de la voyante est découvert. Elle a été tuée par balles. Grâce à un enregistrement de la séance de divination, les enquêteurs constatent que la victime avait vu sa mort. Greg Sanders, passionné par les sciences occultes, veut enquêter à la place de Warrick.
Trois jeunes garçons ont été assassinés en pleine rue. Ils étaient en train de coller des affiches insultantes à l'effigie d'un chanteur de rap nommé Dollar. Pour élucider l'affaire, Grissom et son équipe enquêtent dans le milieu du hip-hop. Ils découvrent bientôt que le rappeur en question a été contraint de participer à une vidéo dégradante.
La voiture de Nick a été volée avec, à l'intérieur, les preuves du meurtre d'une célèbre avocate qui défendait Dino Fatelli, chef d'un gang mafieux. Grissom découvre que la victime avait de nombreux ennemis dans son entourage, notamment sa belle-fille et son ex-mari.
Le cadavre d'un homme a été retrouvé à l'entrée de service d'un casino. Seul indice : la clé d'une chambre d'un palace de Las Vegas. L'inspection de cette chambre révèle que l'homme, Jeffrey Powell, était venu pour jouer, avait de l'argent et avait reçu la visite d'une femme blonde. Les enquêteurs tentent de retracer son parcours à l'aide des caméras de surveillance.
Parce qu'une promotion professionnelle lui a échappé, un homme marié a basculé dans la folie meurtrière. Il a tué sa femme et ses collègues puis s'est rendu dans un casino, où il a pris les joueurs en otages. Jim Brass, chargé d'être le négociateur, essaie de raisonner le forcené. Pendant ce temps, les experts examinent les scènes de crimes, tentant de déterminer si l'homme a agi tout seul ou s'il avait un complice. Bientôt, Jim est obligé de prendre des risques pour faire sortir le forcené de sa réserve. Le temps passe, et presse...
Toute l'équipe de Grissom se rend au chevet de Jim Brass, grièvement blessé par balle au cours d'une intervention. Ses collègues attendent anxieusement, espérant avoir des nouvelles rassurantes sur son état de santé. Warrick annonce à Ellie ce qui est arrivé à son père et réussit à la persuader de se rendre à l'hôpital. Tous espèrent qu'il se réveillera et qu'il pourra leur parler. Dans le même temps, les experts enquêtent sur l'étrange vie que menait un homme, mort décapité par un train. Selon les premiers éléments de l'enquête, l'homme aurait été assassiné...
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