CSI revela as investigações de um grupo de cientistas forenses da polícia de Las Vegas. Esses peritos trabalham desvendando misteriosos crimes que são pouco comuns, a ponto de alguns parecerem impossíveis de se desvendar. O grupo é formato pelo Capitão James Brass (Paul Guilfoyle) que logo no início já é substituído por Gilbert Grissom (William Petersen), um entomologista que já integrava a equipe, pela biomédica Catherine Willows (Marg Helgenberger), pelo analista Nicholas Stokes (George Eads), pelos químicos Warrick Brown (Gary Dourdan) e Gregory Sanders (Eric Szmanda), pela física Sara Sidle (Jorja Fox) e pelo legista Albert Robbins (Robert David Hall). A série vai mostrando o cotidiano dos investigadores, que, enquanto resolvem esses casos surpreendentes, também precisam cuidar de suas vidas.