Dopo un tentativo di rapina finito male, la squadra è ancora impegnata nelle indagini sulla morte di una donna di nome Lauren Santana, mentre Mac si ritrova, senza sapere come ci è arrivato, all'interno di una macchina.

Una serie di morti per avvelenamento da radiazioni porta il team a fare indagini frenetiche prima che il numero di vittime aumenti ancora. La ricerca porta gli uomini di Mac ad un volume della biblioteca di New York.

Sullo stesso aereo su cui viaggiava Mac con destinazione Washington, un ufficiale di bordo viene trovato ucciso. Mac è convinto che l'assassino fosse a bordo dell'aereo e per incastrarlo cerca prima di tutto l'arma del delitto.

L'omicidio di un uomo che si occupa di riassestare i grandi gruppi societari porta il team di CSI ad indagare nel mondo della corruzione politica, del silicone e dei tradimenti personali.

Mentre la squadra CSI indaga sulla morte di un archeologo che era vicino a risolvere uno dei più misteriosi omicidi della storia di New York, quando scoprono che su internet è possibile comprare di tutto, anche la moglie di un altro.

Tre spacciatori di droga che avrebbero dovuto fronteggiare un processo vengono trovati morti in tre posti separati. Tutti e tre stavano cercando di eliminare i possibili testimoni al loro processo, ma qualcuno ha deciso di eliminare prima loro.

Le indagini condotte dal team su una scena del crimine galleggiante portano fino al misterioso modo di SecretU, uno strano mondo di confessioni di ragazzi e ragazze di 20 anni che porta a conseguenze mortali.

Mac è il suo team si trovano ad indagare su uno dei casi più particolari che sia mai capitato: due persone muoiono nel giro di due settimane, entrambi uccise, e tutte e due si chiamano Mac Taylor.

Il team CSI ritrova i resti di una ragazza di 17 anni incinta nel bagagliaio di una macchina, ma non vi è traccia del bambino. Nel frattempo, Lindsay da a Danny una notizia davvero inaspettata e sorprendente.

Il team CSI è impegnato contemporaneamente nelle indagini di due casi collegati. Sembra infatti che un misterioso campo di energia nei pressi dell'Empire State Building abbia provocato la scomparsa di un milionario e la morte del suo autista.

Il team CSI pensa di aver appena affrontato un caso semplice, chiuso poco dopo essere stato aperto. Riguardava un sospetto omicidio che viene trovato impalato durante le ricerche della polizia. Tuttavia presto si scopre che si tratta solo dell'inizio...

Alcune giovani future spose prendono d'assalto un negozio per riuscire a mettere le mani sugli abiti da sposa in saldo. Durante la giornata però una di loro finisce per essere uccisa. Gli indizi raccolti per lo strano caso costringono Hawkes a confrontarsi con un doloroso capitolo del suo passato.

Il team CSI è alle prese con un puzzle umano, dopo che i resti di un allenatore di wrestling vengono trovati sparsi per la città. Nel frattempo, il detective Flack è sotto pressione quando un minore sospettato di omicidio muore mentre si trova sotto la sua custodia.

Un turista russo è stato pugnalato a morte e le indagini del team CSI portano gli uomini di Mac Taylor ha confrontarsi con la realtà del traffico di umani. Il caso inoltre diventa personale quando arriva a coinvolgere un membro della polizia.

Quando il corpo del Sindaco precipita da un palazzo assieme a centinaia di palloncini durante un evento di beneficenza, Stella e il suo accompagnatore che erano presenti si trovano nel bel mezzo della scena del crimine.

Una poiana in volo su Manhattan fa cadere dal suo becco un occhio umano. L'indagine diventa una corsa contro il tempo per trovare il resto del corpo a cui appartiene, prima che l'uccello voli definitivamente via.

Un gruppo di terroristi ambientalisti piazza una bomba nell'abitazione di un uomo che ricicla componenti elettroniche e causa la morte della figlia. Intanto, Danny vuole chiedere nuovamente a Lindsay di sposarlo.

Un ex perito medico viene trovato morto con accanto una polvere bianca. L'indizio porta la squadra CSI sulle tracce dell'assassino seguendo una pista che riguarda il traffico di eroina, ottenuta dai corpi umani.

Quando un capo della comunità dei Nativi Americani viene ucciso nella metropolitana, il team CSI cerca di scoprire quale dei numerosi sospettati stranieri possa essere il responsabile della sua morte.

Mentre si trova ad investigare sull'uccisione di un uomo vittima di una sparatoria in un teatro vuoto, Stella si rende improvvisamente conto che la scena del crimine è stranamente familiare e sembra quasi una messa in scena.

Un uomo cade per 52 piani prima di morire. Dopo essersi schiantato per terra, tuttavia, il corpo scompare. Il team CSI, senza aver nessun corpo su cui effettuare l'analisi, deve trattare il caso come se si trattasse di persona scomparsa.

L'asta di gioielleria più esclusiva della stagione finisce nel peggiore dei modi, cioè con un cadavere. L'indagine degli uomini di Mac Taylor si fa sempre più profonda nei sentimenti visto che porta successivamente a una pista legata all'olocausto.

Mentre Mac si trova a rivelare ad un detenuto che ha scontato una pena per un crimine che in realtà non aveva commesso, Anna dice a Danny che è finalmente arrivato il momento di dare alla luce il loro bambino.

Stella scopre che alcuni Newyorkesi vengono uccisi per un collegamento con l'antica Grecia. La pista che segue la conduce con Mac proprio in Grecia, dove le indagini portano a scoprire uno dei grandi misteri della storia.