ギル･グリッソムはラスベガスのエリート科学調査官で、夜勤シフトの主任である。チームメンバーのニックとウォリックが、100件目の事件をどちらが先に解決し、CSIレベル3に昇進できるかを競い合う中、ルールを破ったウォリックは新人のホリー･グリッブスの面倒を見る羽目になり…。

新たにCSIのヘッドに任命されたグリッソムの最初の事件は、ジャックポットを当てた直後に恋人を捨てた男性の死。ウォリックが新人ホリーの一件の責任を問われるなか事件を担当することになったキャサリンは、グリッソムがサラ･サイドルを助手に任命したことに嫌悪を感じる。

大富豪の妻が誘拐され、犯人からは身代金200万ドルの要求が入る。 被害者が砂漠のどこかに埋められているとの推測から、救出活動にあたるグリッソムとチーム。一方、ウォリックとキャサリンは、14歳の少女ひき逃げ殺人事件の調査に当たる。

ミード湖の漁師が湖から破損した片足を発見。身元はウェンディ･バーガーという女性であることが判明、グリッソムとキャサリンが捜査にあたる。一方、西ラスベガス大学の学生の首吊り死体が発見され、ニックとサラは学生寮へと向かう。さらにウォリックは、ギャンブルで作った借金の返済のために、判事からある条件を持ちかけられる。

グリッソムとウォリックは、砂漠で発見された死後数日が経過している青年の変死体を担当。被害者は何者かに追われていた形跡があるものの、それ以外の手がかりに欠け…。一方、カソリック系学校の学長が惨殺され、キャサリンとニックが捜査に乗り出す。

コンクリート詰めにされた女性の白骨死体が床下に埋められているのが発見され、グリッソムとニックは身元調査のために死体の復元作業を専門家に依頼する。一方キャサリンは、忠告に背いて前夫に対する強姦訴訟の事件を調査する。サラとウォリックは警告を怠って人を射殺したとの疑いのある警官を取り調べるが…。