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.
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Tous les agents présents dans le laboratoire de la police scientifique ont été incommodés par un gaz introduit sur les lieux. Seul Jesse est décédé, victime d'une chute après avoir perdu connaissance. Pour Horatio, tout est la faute de Bob Starling, suspecté d'être un tueur en série. Il promet de le faire juger pour ce meurtre et pour tous ses autres crimes. Or, pour l'instant, aucune preuve ne permet de l'inculper. Tous les indices dont il disposait ont été détériorés par le gaz diffusé dans les locaux. Malgré tout, l'examen d'un document imprimé, laissé par le serial killer, permet de relier l'encre utilisée à l'imprimante de Starling. Lentement, mais sûrement, l'étau se resserre...
L'équipe d'Horatio doit résoudre le meurtre d'une jeune fille, Kristen, escort girl dans un club très select. Elle a été retrouvée dans la piscine du club mais Victoria établit qu'elle était morte avant. Son téléphone portable montre qu'elle a passé un dernier coup de fil à l'une de ses collègues, Sara. Cette dernière leur révèle que Kristen voulait passer la soirée avec Brady, un jeune sportif de 21 ans. Amanda, la patronne des filles, équipe ses employées d'appareils photos pour pouvoir vendre les clichés de ses clients connus à la presse people. Elle avait demandé à Sara d'aller prendre une photo de Kirsten et de Brady...
Une adolescente, Lindsey Peterson, est enlevée près de la plage. Le seul témoin du drame, Ben Wilcox, est aveugle. Les kidnappeurs obligent Lindsey à retirer 50 000 dollars du compte bancaire de ses parents. Pour cela, elle doit d'abord les contacter afin d'obtenir leur numéro de code secret. Pendant toute l'opération, la jeune fille porte une veste bourrée d'explosifs, qui sauteront à la moindre tentative d'évasion. Grâce au témoin, Horatio parvient à identifier la banque. Les agents se rendent aussitôt sur place, mais il est trop tard. Ils voient au loin Lindsey et un inconnu s'engouffrer dans une camionnette et prendre la fuite...
La police de Miami parcourt sans relâche la ville à la recherche du reste des prisonniers ayant pris la fuite. Memmo Fierro, un des évadés, est le meurtrier de Marisol, épouse d'Horatio et soeur de Delko. Memmo tente de détourner un bateau après avoir assassiné son propriétaire et volé ses objets de valeur. Car le criminel est bien décidé à ne pas se laisser faire. Il est papa d'une fille de 11 ans, Elsa, qui vivait avec Ivonne, l'ex-compagne de Memmo. Mais depuis, la petite fille a été placée dans un foyer, Ivonne n'étant pas jugée apte à élever un enfant. Alors qu'elle travaille au pressing, Ivonne reçoit la visite de Horatio...
Jason Roger se réveille d'un cauchemar dans lequel il assistait à un meurtre. Lorsqu'il reprend ses esprits, il est entouré de toute l'équipe des experts. Selon Natalia, c'est lui-même qui a appelé les scientifiques. Alors qu'Horatio examine les alentours, il découvre une tête décapitée avant de tomber sur le cadavre de son propriétaire, caché dans le coffre d'une voiture. De retour au laboratoire, Jason confie à Delko qu'il n'a pas plus touché à la drogue depuis un an et qu'il essaie de reconstruire sa vie. Natalia lui montre alors ses dépositions. S'apercevant que ses déclarations ne tiennent pas la route, Jason demande l'assistance d'un avocat...
Une star de la télé-réalité vient d'être assassinée, apparemment sans véritable mobile apparent. Les experts enquêtent et remarquent, en examinant le cadavre de la victime, qu'elle a reçu un coup de couteau au niveau des tympans. La blessure a dû lui endommager le cerveau et lui faire perdre tout sens de l'équilibre. La jeune femme, enceinte et mariée, avait l'intention de mettre fin à sa carrière. Au fur et à mesure des interrogatoires, de ses proches aux fans de l'émission à laquelle elle participait, les choses s'éclaircissent. Les enquêteurs sont rapidement persuadés que le mobile du meurtre est à chercher dans le passé de la victime...
Brad Webb est en train de pêcher quand il remarque un jeune homme sur le point de se jeter d'un pont. L'homme crie pour décourager le suicidaire avant d'être la cible d'une rafale de balles dont il sort miraculeusement indemne. Le pêcheur confie aux experts qu'il n'a aucune idée d'où pouvait venir les tirs et qu'il ne voit pas qui pourrait lui en vouloir. Shane Newsom, le suicidaire, explique à Horatio qu'il ne voulait pas mettre fin à ses jours, mais qu'il cherchait juste à se faire peur, par amour du risque. Sceptique, le policier décide de ramener Shane Newsom au poste et place Brad Webb en détention provisoire par mesure de précaution...
Heather Chapman, une femme enceinte de huit mois, est violemment attaquée et laissée pour morte dans la rue juste après avoir déjeuné avec son amie Marcie Westerfield. Ryan et Walter décident de se tourner vers cette dernière lorsqu'ils apprennent que Heather avait envoyé un SMS à son mari, Gary, à propos d'une dispute avec Marcie. La jeune femme confie aux policiers qu'elle est parfois un peu jalouse de son amie, qui est tombée très rapidement enceinte alors qu'elle-même essaye d'avoir un enfant depuis des années, sans succès. Pourtant, elle nie catégoriquement avoir porté la main sur son amie...
Une explosion d'une grande violence vient de ravager une raffinerie de sucre. Dans les décombres, les enquêteurs de police trouvent un cadavre complètement carbonisé. Il s'agit du corps d'Eduardo Santana. Très vite, les soupçons de Delko se portent sur le directeur de l'établissement, un certain Roger Cavanaugh. L'expert est persuadé que Roger Cavanaugh, le patron de la raffinerie de sucre, ne suivait pas les mesures de sécurité nécessaires au bon fonctionnement d'une telle entreprise et que ce sont ses négligences qui ont entraîné l'explosion mortelle...
Accompagné de Ryan, Horatio se rend au domicile d'un jeune homme fortuné dont le cadavre est en piteux état. En effet, le défunt a été retrouvé déchiqueté dans la piscine. D'après le médecin légiste, tout porte à croire qu'il a été partiellement dévoré. Rapidement, Horatio et Ryan découvrent l'alligator responsable de cette mort atroce et sont contraints de l'abattre. Pour Horatio, l'affaire n'est pas résolue pour autant : comment ce reptile est-il arrivé là ? Horatio trouve des morceaux de viande sanguinolents dispersés çà et là dans les environs de la maison pour attirer l'alligator vers la piscine. Autre détail troublant : le défunt était au téléphone au moment de son décès...
Une voiture détruit une bouche d'incendie, provoquant une rupture de canalisation. La conductrice du véhicule, Rebecca West, a été tuée d'une balle dans la tête. A proximité du véhicule, on découvre un autre cadavre, celui de Marvin Hill, lui aussi tué d'une balle dans la tête. Tout porte à croire que Marvin a supprimé Rebecca avant de se suicider. Mais la police scientifique découvre bientôt que tous les deux ont en fait été tués par la même balle. Marvin a été touché en premier, la balle a ricoché dans son crâne, est ressortie et a mortellement touché Rebecca, qui passait par là au volant de sa voiture...
Wrath of Connie, de son vrai nom Connie Briggs, une étoile montante de l'équipe de roller derby les «Masochists» de Miami, a été retrouvée assassinée dans les vestiaires, lors d'une rencontre avec les Loca Ratons. Le docteur Loman détermine que Connie a été tuée d'un coup violent. Tous les soupçons se tournent dans un premier temps vers Olivia, une joueuse de l'équipe adverse, et Debbie, une de ses coéquipières...
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