El hijo del archiconocido Sam Braun es hallado muerto en su domicilio de un supuesta sobredosis,pero un examen más minucioso del cadáver revela que Braun había estado atado, lo que condujo a Grissom a creer que habían forzado a la víctima a tomar cantidades letales de heroína y, quizás, otras drogas.

El equipo al completo del CSI investiga una desaparición en la universidad de la ciudad. Una joven ha desaparecido, al parecer,sin dejar rastro alguno. Todas las pistas conducen a los CSIs ante posibles sospechosos: todos ellos tienen un posible móvil, pero nada parece cuadrar. Los acontecimientos llevan al grupo a recurrir a la 'teoría del caos'.

Grissom investiga un posible suicidio en una obra. En contra de los deseos del sheriff, Grissom se empeña en dar por buena la teoría de que el suicidio fue en realidad un homicidio, y utiliza teorías de electrocución para dar con el asesino. Mientras tanto, Nick y Catherine se encargan de un caso del que sólo cuentan con unas fibras de angora para seguir las pistas. Un adolescente muere mientras se encontraba en una sesión con su psicóloga, y unos rastros de angora en su ropa interior les hacen creer que la psicóloga le ha estado aplicando métodos de terapia poco convencionales.

Se encuentra al estudiante, que era también el deportista más talentoso del campus, muerto en la parte trasera de la escuela, en los servicios. El equipo del CSI descubre de inmediato que la víctima era también el matón de la clase, y Grissom se convence de que hay que buscar a un compañero de clase que quisiera acabar, de una vez por todas, con los continuos abusos. El equipo utiliza nuevos y sofisticados equipos para encontrar el rastro que ha ido dejando el asesino. Mientras Nick y Sara acuden a una escena del crimen en la que se ha encontrado un cuerpo descompuesto en una bolsa.

Grissom, Sara y Warrick investigan en un apartamento abandonado y lleno de sangre. Los miembros del equipo empiezan a sospechar cuando el arrendatario del apartamento ensangrentado les dice que su novia ha desaparecido. Mientras tanto, Nick y Catherine acuden al escenario de un gran incendio y se encuentran con el cadáver de un submarinista encontrado en lo alto de un árbol cercano al lago Mead. ¿Se trata de un asesinato o de una leyenda urbana hecha realidad?

Grissom y su equipo investigan a un sospechoso de asesinato que es sorprendido con las manos en la masa, enterrando a las víctimas. Mientras, Catherine y Warrick se ocupan del caso de una mujer encontrada muerta en la sauna de un hotel. Mientras Grissom, Nick y Sara investigan el claro caso de asesinato, Grissom cuestiona las simplicidad de las pruebas cuando descubre que el sospechoso que enterraba las víctimas es el hermano de un recluso que había cometido un delito grave. Mientras tanto, Catherine y Warrick deben determinar si la muerte de la mujer encontrada en la sauna del hotel se debía a una negligencia, a un acto delictivo o a causas naturales inducidas por el calor.

Grissom y Nick investigan la muerte de una restauradora de libros. Cuando encuentran muerta y encerrada en una jaula, con temperatura controlada, a una restauradora de libros, Grissom y Nick intentan determinar si se trata de un caso de suicidio o de homicidio. Descubren que la clave para resolver el caso puede ser un compañero de trabajo que padece autismo. Mientras tanto, Catherine y Sara peinan la zona colindante al choque entre un tren y un todoterreno y descubren si se trata de un caso de un descarrilamiento o de un simple accidente.

La muerte de una joven lleva a Grissom y a Catherine a investigar el mundo clandestino de los clubes fetichistas de Las Vegas. El cuerpo fue encontrado en un parque y debido a las marcas de ligaduras y de latigazos en su cuerpo, el grupo cree que el crimen fue violento, pero con una investigación más minuciosa se descubre que la víctima trabajaba en un club fetichista clandestino. Mientras tanto, Warrick y Sara acuden a la escena del crimen para investigar un tiroteo, que inicialmente parece haber tenido lugar durante un robo.

Grissom y su equipo investigan un atraco en un casino, durante el cual las víctimas inocentes fueron tiroteadas. Mientras, Catherine y Sara acuden al escenario de un asesinato en una zona lejana del desierto. Las pruebas encontradas en ambas escenas del crimen (el abarrotado casino de la ciudad y la aislada tienda de alimentación en el desierto en la que una dependienta fue asesinada) conducen al CSI ha trazar conexiones entre ambos crímenes.

Mientras Grissom se encuentra fuera, Warrick se encarga por primera vez del grupo durante la investigación del asesinato de un timador, que se había quedado con el dinero de algunos turistas y que acaba siendo tiroteado y asesinado en una zona de aparcamiento. El principal sospechoso en el caso parece ser la hija del Capitán Brass, que hace que el propio Brass se aparte de la investigación en lo profesional, pero no en lo personal. Mientras tanto, las pruebas físicas del caso llevan a Sara a investigar una operación falsa tras descubrir que el dinero encontrado en la víctima era falso.

El CSI acude cuando se encuentra muerto a un conocido empresario en el ascensor de un hotel. Cuando se encuentra el cuerpo de Bob Fairmont, el constructor del edificio del ayuntamiento, el equipo descubre que la escena del crimen ha sido alterada y que a la víctima se le ha cambiado la ropa. Después de conocer que la causa de la muerte es un veneno letal, el equipo se sorprende al descubrir que los órganos de Fairmont ya han sido extraídos y donados, haciendo el caso un poco más difícil de resolver.

Los cadáveres de mujeres diametralmente opuestas, una rubia insulsa y otra morena tatuada, son hallados juntos en la misma escena. Grissom, Sara y Warrick se encargan de este caso, dejando en manos de Cath y Nick la muerte por disparo de un cazador en medio de una reserva de caza.

Reaparece Paul Millander. Un muerto en una bañera, con una grabación confesando su suicidio, pese a ser inducido. Misma recreación que la última vez que actuó, pero con un indicio nuevo: Cabellos oscuros probablemente de mujer.

En el curso de una investigación por secuestro, el secuestrador se pone en contacto con Catherine y le ordena que acompañe al amante de la secuestrada -un empresario multimillonario- y que, entre los dos, le entreguen un millón de dólares como rescate o matará a chica.

Grissom investiga el asesinato de un fotógrafo de Las Vegas, cuyos restos fueron abandonados en las cercanías de un lugar en el que el CSI estudia cadáveres, y sus hallazgos revelan que el hombre murió, aparentemente, de un disparo aunque no hay fragmentos de la bala en el cuerpo. Al mismo tiempo, miembros del equipo cuestionan el liderazgo de Grissom.

En un tumulto organizado en un partido de hockey sobre hielo uno de los integrantes de un equipo resulta muerto por un profundo corte en el cuello. Grissom, Catherine y Sara son los encargados de la investigación. En la ciudad, Warrick y Nick investigan la posible muerte a causa de drogas de un saxofonista que tocaba en un casino. Mientras trabajan en el caso, Warrick se siente atraído por una joven cantante que trabajaba con el músico fallecido.

Grissom, Sara y Nick investigan los asesinatos de cuatro monjes que fueron tiroteados a quemarropa mientras salmodiaban en un templo budista. Catherine reabre un viejo caso, en el que su mejor amiga fue asesinada después de que el condenado por el crimen declaró ser inocente poco antes de morir.

Un autobús, que hacía el recorrido desde Los Ángeles hasta Las Vegas, choca provocando nueve víctimas mortales. Cuando el autobús llegó a parar, había un coche deportivo a su derecha que lo iba siguiendo. En la escena, los CSIs descubren que un delincuente bajo libertad provisional estaba en el autobús y ahora se encuentra en paradero desconocido.

Jane Galloway vive aterrada. Todas sus puertas tienen tres cerrojos, pero ninguna de las precauciones de Jane impiden que un acosador la asesine. Cuando el CSI llega a la escena, descubren a la víctima con el pelo teñido y la cara metida en el váter. La escalofriante imagen deja intranquilo a Nick, pero no acaba de saber el porqué. El caso deja al equipo con dos focos de atención: quién mató a Jane, y cómo pudo el asesino entrar y salir de la casa.

Grissom y Catherine investigan la muerte por apuñalamiento de una mujer de 80 años que vivía en una casa llena de gatos. Nick y Sara procesan los restos de un coche bomba que, aparentemente, estaba destinado a un fracasado plan de asesinato.

Grissom y Sara investigan la aparición del cuerpo de un hombre que estaba enterrado en un parque, al tiempo que Nick intenta determinar cómo ha podido ahogarse una excursionista en el desierto.

Un supervisor de seguridad de Las Vegas acaba muerto tras una importante fiesta en su mansión. Su esposa e hija han desaparecido. La investigación conduce a los criminalistas de Las Vegas hasta las playas de Miami, en la otra punta del país. Catherine y Warrick se desplazarán allí para trabajar con el equipo de Horatio Caine

Final de temporada. El equipo del CSI investiga la aparición de una joven sin identificar en un carrito de compra cerca de una autopista. Junto a ella se encuentran un bolso caro, revistas de moda y un dietario de piel con notas escritas en código, objetos que indican a Grissom y a su equipo de que no se trata de una simple mendiga.