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.
Grissom surprend tous ses coéquipiers en leur annonçant sa décision de quitter prochainement l'équipe. Les investigations sur un meurtre orientent les experts vers un célèbre tueur en série, ce qui retient toute leur attention. Seul problème : le merutrier est déjà en prison ! Afin de faire la lumière sur cette surprenante affaire, Grissom demande l'aide du docteur Raymond Langston, un célèbre pathologiste.