Esta producción comienza cuando Jimmy Shive-Overly, un egocéntrico y desconsiderado escritor inglés en horas bajas, sale de la boda de su ex-novia después de haber tomado fotos de su pene con todas las cámaras desechables que había por las mesas del convite. Al mismo tiempo, Gretchen Cutler, una cínica y autodestructiva relaciones públicas, también se ha escapado de la boda tras haber robado una cara licuadora del montón de regalos de boda que había en un rincón del banquete. Se encuentran y, a pesar de tener en común muy pocas cosas, rápidamente hacen buenas migas. Al final, acaban formando una de las extrañas parejas más interesantes de la televisión.

El Laboratorio del CSI de la Policía de Miami afronta cada investigación desde el análisis forense de la escena del crimen, combinando el uso de métodos científicos con el trabajo policial. Integrado por un equipo altamente calificado dirigido por el Teniente Horatio Caine,(David Caruso) conocido como "H" o "con H de Honesty" como Supervisor del turno de día, tiene entre sus principales componentes a Calleigh Duquesne, una experta en balística, Eric Delko, investigador experto en el análisis de fibras, Ryan Wolfe, Natalia Boa Vista y Walter Simmons. Junto a ellos, también trabaja el detective de homicidios de la Policía, Frank Tripp. La serie refleja también la compleja situación de la ciudad de Miami, combinando los casos de investigación policial con los derivados de la presencia de diversas bandas de procedencia extranjera.