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.

La police scientifique de Miami, le CSI, a fort à faire. Spécialisée dans les enquêtes criminelles ou les disparitions, ses membres sont tous d'éminents scientifiques qui s'appuient sur leurs connaissances en biologie, balistique, l'analyse des empreintes digitales ou encore des explosifs. Leur chef, Horatio Caine, une forte personnalité, est également spécialisé dans les affaires de déminage et d'incendies. Qu'il s'agisse du meurtre d'une famille entière, de la disparition d'étudiants ou de poseurs de bombes, l'équipe soudée travaille toujours d'arrache-pied.