Um dedicado grupo de investigadores forenses em um laboratório criminal de Las Vegas se empenha para resolver crimes quase sempre macabros. Trabalhando no turno da noite está o supervisor D.B. Russell, um verdadeiro Sherlock Holmes que devora livros de mistério e assassinatos. Os integrantes da equipe de Russell incluem Catherine Willows, Nick Stokes, Sara Sidle, Greg Sanders e Morgan Brody. O time trabalha de perto com o capitão Jim Brass, um detetive experiente. Entre os chefes anteriores do grupo estão Gus Grissom e o Dr. Raymond Langston.
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Enquanto submerge nas cenas de suicídio que um assassino em série arma para simular seus crimes, Grissom deve treinar a novata Holly Gribbs. Sua inexperiência é uma má conselheira e ela recebe uma bala de um assassino que retorna à cena do crime.
Enquanto busca a pessoa que atirou na agente Gribbs, a equipe tem nas mãos o caso de um homem que ganhou uma fortuna nas máquinas caça-níqueis de um cassino e foi morto momentos depois de festejar o feito. A noiva é a principal suspeita.
Os agentes investigam os motivos do sequestro da esposa de um bilionário, mas logo percebem que ela está envolvida no crime. Enquanto isso, Catherine procura o culpado de atropelar e abandonar uma menina na rua.
A equipe forense tenta determinar a causa do suposto suicídio de um jovem que pertencia a uma fraternidade da universidade. Além disso, a perna de uma mulher aparece boiando em um lago e Grissom analisa de onde terá vindo esta descoberta macabra.
Grissom e Warrick vão ao deserto em busca de pistas para esclarecer a morte de um jovem encontrado nu no meio do nada, com drogas alucinógenas em seu sangue. Nick, por sua vez, está investigando a morte de um reitor com muitos segredos.
Eddie, ex-marido de Catherine, é acusado de estupro e ela ignora o protocolo para fazer a investigação. Enquanto isso, a equipe é enviada para rastrear pistas no piso de uma casa onde um encanador encontrou um esqueleto.
Grissom e sua equipe científica observam atônitos a cena do crime de quatro membros de uma mesma família, em um bairro tranquilo de subúrbio. Apenas duas filhas adolescentes sobreviveram ao pesadelo. Será que algum culto singular motivou o massacre?
Um assassino volta à carga: trata-se daquele que criava cenas de suicídio ao matar suas vítimas. Com um novo caso nas mãos, Grissom reconhece que o malfeitor está brincando com ele e que além disso tem grandes conhecimentos sobre o tema.
Investigadores de CSI não só devem subir no avião onde ocorreu a estranha morte de um passageiro de primeira classe durante um voo, mas também interrogar pessoalmente cada viajante, para ter várias versões do que aconteceu.
Sara e Grissom devem encontrar as causas da morte de uma mulher cujo corpo foi encontrado sobre uma via desativada no deserto. Enquanto isso, Warrick e Catherine são os encarregados de investigar o roubo de uma pintura valiosa.
Desparecida estranhamente dentro do supermercado, uma mulher é a pista chave para descobrir uma série macabra de crimes relacionados com outros casos que acontecem em uma rodovia.
Um incêndio deixa sem vida a esposa e o filho de um homem que clama por sua inocência. Grissom encara a investigação. Enquanto isso, Nick se intromete no mundo das apostas esportivas para investigar a morte de um adolescente.
A detonação de um artefato explosivo mata uma pessoa e fere outras tantas em um edifício de escritório de Las Vegas. Um guarda de segurança é o principal suspeito. Além disso, as pegadas de Nick junto a uma prostituta o comprometem.
Grissom e Catherine se lançam em uma aventura para reunir provas e os ossos de um esqueleto esparramado pelo deserto. Enquanto isso, Warrick e Sara investigam sobre festas noturnas e contratação de stripers, depois da morte de um bailarino.
O corpo de uma mulher aparece boiando na piscina de uma estrela conhecida, da qual não há rastros. A equipe de CSI suspeita de um duplo assassinato. Warrick se introduz em um cassino onde haverá um suposto golpe de uma máfia.
Uma mulher é assaltada violentamente ao sair de um centro comercial. Com duas balas alojadas no crânio, a vítima não pode reconstruir a cena do crime e muito menos reconhecer o culpado do ataque brutal.
Numa loja, um roubo termina em morte. Grissom e Catherine encontram pegadas, mas elas pertencem a um suspeito desaparecido há duas décadas. Sara procura razões para que o cadáver uma mulher queimada apareça com suas roupas intactas.
Depois de comemorar seu aniversário, um casal é surpreendido por um assassino enquanto entrava no carro. O veículo é roubado pelos criminosos e, mais tarde, aparece com o corpo de mais uma vítima. Trata-se de um falido assassinato por encomenda?
O desaparecimento de uma criança deixa em dúvida os investigadores, que têm como principal objetivo analisar o comportamento da família. Os antecedentes de comportamento abusivo da mãe da criança a envolvem fortemente no caso.
Um veículo, um acidente de trânsito, uma motorista adolescente e um homem surdo como vítima. Será que o golpe o matou ou o carro bateu em um cadáver? Da investigação sairão revelações surpreendentes para Grissom.
Um novo cadáver chega à mesa dos forenses e revela inquietantes descobertas: trata-se de um atleta que foi atacado no parque, enquanto fazia seu treino. Será que foi um animal selvagem quem despedaçou seu corpo?
Enquanto Grissom analisa variáveis para descobrir de quem é a cabeça encontrada no porta-malas de um carro, Nick e Sara investigam se um corpo decapitado no deserto se encaixa nesta mesma história.
Um assassino em série deixa poucas evidências nas cenas dos crimes e ataca mulheres jovens em Las Vegas, com métodos de tortura. Quando os investigadores do CSI estão prestes a encontrá-lo com todo o apoio científico, o FBI se mete no meio.
