基本的に1話完結で物語が進んでいく本作。シーズン1の第1話は、プライベート・ジェット墜落事件で幕を開ける。唯一の生存者の供述に疑問を感じたホレイショは、エバーグレーズ湿原に散らばった部品を探し集めてジェット機を組み立てなおし、事件の真相を探ることに――。
続くシーズン2の第1話では、ホテルの前の道路で女性の轢き逃げ事件が発生。死亡した女性は、ホテルで開催されたモデル事務所のパーティーに出席したモデルの1人だった。容疑者が南米バラカス領事館の息子であったため、さすがのCSIも手を出すことができず――。
シーズン3の第１話では、内陸大水路を横切るブリッジにクルーザーが激突し、橋が倒壊する事故が発生。船内では男性が射殺されていた。亡くなった男性の妻に話を聞くと、夫妻の息子が何者かに誘拐されて300万ドル分の宝石を身代金として要求されており、男性は犯人と交渉するためにクルーザーへ向かったという――。
シーズン4の第1話では、母親の葬儀に訪れた囚人アベルトが、棺から飛び出してきた男に射殺される事件が発生。マラ・ノーチェというギャングの一員だったアベルトは組織で禁止されている麻薬の売買を行い収監されたため、仲間の制裁を受けたのだった。アベルトの母親の死因を調べると、頬に手榴弾を押し付けられ脅されたことによる心臓発作であることが判明。手榴弾から検出された指紋を元にCISは犯人を追跡するのだが――。
ちなみに、シーズン4の第7話は「CSI：マイアミ」と「CSI：ニューヨーク」の合同捜査スペシャルとして、「CSI：ニューヨーク」シーズン2の第7話へと続くエピソードとなっている。
シーズンの5の第1話では、シーズン4の終わりから続くマラ・ノーチェの組員・リアズの追跡捜査を、ホレイショたちが行う。しかし、魔の手はついにはホレイショの家族にも及ぶ。拘束されたリアズは司法取引の末、ブラジルに送還されることとなり、デルコとホレイショはブラジルのリオ・デ・ジャネイロに飛ぶ――。
シーズン6の第1話では、保護監察官のアンドリューが自宅で射殺され、犯人は警官の前からボートで逃走。容疑者はかつて保護観察下にあった少年たちで、ホレイショはカイルという少年に疑問を抱く。そんな中ナタリアはバイトをしながら復職を目指すウルフという少年に出会うのだが、麻薬が押収されたボートから見つかった薬きょうには“ウルフの指紋”が残されていたのだった――。
シーズン7の第1話では、カイルらを国外に逃すため、2人が待つ飛行場に向かったホレイショが何者かに狙撃される。現場からは微量ながら第三者の血痕が見つかり、今朝出所したばかりのディアスが現場で撮ったという写真には、ホレイショの血だまりに反射した犯人の姿が映っていた――。
シーズン8の第1話では、エバーグレーズで頭部に傷を負って倒れているデルコが発見される。危険な状態が続く中、映像は1997年の事件にさかのぼる。それは、牽引車のドライバーをしていたデルコがエバーグレーズで“車のトランクに入れられた遺体”を発見した事件。同事件はCSI発足前のホレイショが担当しており、ホレイショの相棒は夫を疑う。しかしホレイショは、現場に残っていた土が夫の靴には付着していなかったことから、“犯人は別にいる”と考えていた――。
シーズン9の第1話では、ホレイショの元にデイド大学教授、ボブ･スターリングの犯行予告「みんな倒れる」という手紙が届く。その後、予告通りにCSIの職員が次々に倒れていく。ラボに戻ったデルコはメンバーを運び出そうとするが、自分も呼吸が苦しくなり倒れてしまう。そこへ戻ったホレイショが窓を撃ち抜き充満していた窒息生ガスを放出したことで職員らは目を覚ますのだが、スターリングの犯行を証明する証拠はほとんど汚染されてしまっていた――。
そしてシーズンファイナルとなるシーズン10の第1話では、逃亡した連続殺人犯の協力者に逆恨みされたナタリアが、車のトランクに押し込まれたまま海に突き落とされてしまう。一方、男の撃った弾に当たり倒れたホレイショは、亡くなった家族と夢で再会し、促されるように傷を抱えたまま海に飛び込む――。
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