Bombenexperte Horatio Caine ist der Leiter des CSI-Teams in Miami: Zu seinen besonderen Merkmalen gehören sein fotografisches Gedächtnis und sein trockener Charme. An Caines Seite ermitteln die Ballistikerin und Waffenexpertin Calleigh Duquesne und der Bücherwurm Tim Speedle, der die Straßen von Miami kennt wie seine eigene Westentasche. Dazu kommen die DNA-Spezialistin Alexx Woods und der Tauchexperte Eric Delko, der die Wasserwege Floridas im Schlaf abtauchen könnte. Diese fünf Ermittler decken mit modernsten Methoden auf, was sich allein vor den Augen der Tätern und Opfern abgespielt hat - immer getreu nach dem Motto: Menschen können lügen, Beweise nicht!

Die US-amerikanische Serie dreht sich um die schlagfertige Gerichtsmedizinerin Dr. Jordan Cavanaugh, die von ihrem Vater, einem Ex-Polizisten, gelernt hat, sich in Opfer und Mörder hinein zu versetzen, um Verbrechen aufklären zu können. Dementsprechend mischt sie sich auch immer wieder in aktuelle Kriminalfälle ein und bringt ihren Vorgesetzten Dr. Garret Macy mit ihren oft unorthodoxen Methoden gegen sich auf. Da ihr der Erfolg aber Recht gibt, hält man ihr letztendlich doch immer den Rücken frei. Nachdem sie als Kind den Mord an ihrer Mutter miterleben musste, versucht sie jeden Fall mit besonders großem Ehrgeiz zu lösen. Da es ihr durch dieses dramatische Ereignis in ihrer Kindheit schwer fällt, selbst dauerhafte Beziehungen einzugehen, kann sie auch lange die Gefühle nicht erwidern, die ihr junger Kollege Detective Woodrow „Woody“ Hoyt für sie empfindet, der ab der 4. Staffel zur Stammbesetzung gehört.

Dr. Cal Lightman (Tim Roth) ist ein Experte in physiologisch orientierter Klassifikation emotionaler Gesichtsausdrücke. Das bedeutet, dass er mit einem Blick auf das Gesicht und die Körpersprache des Verdächtigen erkennt, ob dieser lügt oder die Wahrheit sagt. Blitzschnell erkennt und analysiert er die sogenannten „Microexpressions“ des Gesichts, die allen Menschen auf dieser Welt gemein sind. Zusammen mit seinen Kollegen hilft er den staatlichen Behörden und Ministerien wie der NASA und dem FBI bei der Aufklärung von Kriminal- und Spionagefällen.

Lt. Carter Shaw ist der Leiter einer geheimen Abteilung des LAPD, die sich auf Undercover-Einsätze spezialisiert hat. Sein Team besteht aus Ty Curtis, der mehr Zeit mit seiner Frau Melissa verbringen möchte. Ty hat Probleme von Beziehungen loszulassen, die er sich während seiner Undercoverzeit aufgebaut hat. Dean Bendis zieht gerne sein eigenes Ding durch. Carter und Ty fürchten, dass er eines Tages zu weit in sein Cover abtaucht. Die Neue im Team ist Jaimie Allen. Zuvor noch im Streifendienst, wird sie von Shaw angeheuert, denn Jaimie hat in ihrem eigenen Leben schon viel Erfahrung mit „Undercoverarbeit“. Unter ihrem eigentlichen Namen Jaimie Anderson war sie in ihrer Jugend eine Schwerverbrecherin, und ist unter falschem Namen zur Polizei gekommen.

James St. Patrick ist der Besitzer eines beliebten Nachtclubs in New York. Doch er führt ein Doppelleben: Man nennt ihn auch „Ghost“ und er gehört zu den Hauptakteuren eines der größten Drogennetzwerke der Stadt. Es gelingt ihm gut, beide Teile seines Lebens auszubalancieren – bis er eines Tages erkennt, das Drogengeschäft verlassen zu wollen

Nachdem ein brutaler Angriff in ihrer Kleinstadt Gefahren und tödliche Geheimnisse ans Licht bringt, reimt sich eine Frau die dunkle Vergangenheit ihrer Mutter zusammen.