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.

Rick Castle es uno de los autores de crímenes más exitosos del mundo. Pero cuando su estilo de vida de estrella de rock no es suficiente, este chico malo busca nuevos problemas y lo encuentra trabajando con la inteligente y bella detective Kate Beckett. Inspirado por su historial profesional e intrigado por su personalidad abotonada, Castle ha encontrado el modelo para su nuevo y audaz personaje, le guste o no. Ahora con el permiso del alcalde, Castle está ayudando a resolver el crimen con su propio giro.

Jessica "Jess" Christopher Day es una joven profesora de escuela secundaria en Los Ángeles. Un día Jess regresa a su casa y descubre a su novio engañandola. Jess lo abandona inmediatamente, y comienza la búsqueda de un nuevo lugar para vivir. Al ver un anuncio donde buscan un nuevo compañero de cuarto, se muda a un apartamento con tres hombres que afectarán directamente a su nueva vida.

Emily Thorne alquila una casa en los Hamptons durante el verano, aparentemente con la única intención de disfrutar de un descanso en el popular centro turístico. Pero pronto queda claro que hay algo más en su visita. Su verdadero nombre es Amanda Clarke y su padre fue inculpado por un crimen que no cometió y enviado a prisión de por vida. Ella ha venido a los Hamptons para vengarse de las personas que lo traicionaron y lo enviaron a la cárcel.

El detective Steve McGarrett y Danno forman parte de un equipo élite de trabajo cuya misión es eliminar el crimen en las playas del estado de Hawái. Colaborando con McGarrett y Danno, está el exdetective de la policía de Honolulú, Chin Ho Kelly, que ha sido relegado a la patrulla de seguridad federal por ser acusado equivocadamente de corrupto. La prima de Chin, una novata de la academia, también se une al equipo y trata de posicionarse en la élite del departamento.

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.