Narra las investigaciones de un equipo del FBI que estudia el perfil psicológico de los criminales más importantes de los Estados Unidos para poder capturarlos.

Se inspira en la vida de la medium Allison Dubois. Patricia Arquette interpreta a una mujer casada y madre de tres hijas que intenta comprender sus dotes de medium y su capacidad para comunicarse con los muertos. Su marido (Jake Weber) es un hombre cariñoso que la apoya incondicionalmente. Ambos luchan para encontrar el equilibrio entre la vida familiar y el sobrenatural don de Allison. El fiscal Devalos (Miguel Sandoval) la contrata para utilizar sus poderes en la resolución de casos criminales.

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.