在歷經上一季的變化之後，CSI小組搬進有嶄新實驗室及先進儀器的曼哈頓大樓，薛爾登霍克醫生走出地下室，與大伙兒一塊出勤辦案，而新進成員琳賽夢露也開始讓大家感受到她的存在。

第三季以麥克與法醫佩登德瑞斯柯的戀情揭開序幕，他的同事丹尼麥瑟和琳賽夢露則在工作之餘頗有來電的感覺；但是琳賽卻因為過去的陰影，而遲遲不敢展開新的戀情。

但別以為第三季只有談情說愛，因為發生的凶殺案與前兩季相較毫不遜色。

兩名玩高空彈跳的人發現了一具屍體，死者被自由女神的小雕像活活戳死。一名富家女的死亡居然和血腥的鬥雞有關。幾名打扮成荷莉葛萊利特的搶匪洗劫珠寶店，一個叫做《自殺女孩》的團體因為成員慘死而成為眾人注目的焦點。

霍克和麥瑟發現一名富家女陳屍在她的豪華閣樓公寓裡，發現她的是她最好的朋友。霍克和麥瑟調查了遺留在現場的證據，包括一杯龍舌蘭、一個杯緣沾有鹽巴的瑪格麗特酒杯。死者的死因是鈍器創傷，不過看來似乎被一個手不大的人狠狠的修理的一頓，而且也有證據顯示她生前有吞下酸液。

丹尼和琳賽負責偵辦伏特加代言人的凶殺案，死者打扮成雪后的模樣，在產品發表會會場被她的權杖殺死。麥克的史黛拉偵辦一名馬拉松跑者的命案，死者倒臥在自己的鮮血中，陳屍在馬拉松的比賽路線旁，而且背上有一個油膩的掌印。霍克根據死者的血色及臉色判斷他是死於氰化物中毒。

本季還出現了許多屍體，包括一具無頭屍…

有人在大學的夏威夷主題派對找到一具被綁在吊扇上的無頭女屍。現場有燒焦的味道，死者身上有一件T恤。

一名漆彈玩家被槍殺，佛列克發現他手下的一名貪污警察可能是凶手。麥克則遇見了他死去妻子的兒子；一個他無緣結識的年輕人。

其他的劇情包括兩名未成年少女決定開車回家，結果在路上出了車禍，其中一名女孩當場死亡。另一個被送到醫院，結果被人悶死了。在CSI小組的抽絲剝繭之下，終於發現了駭人的真相。

紐約的CSI小組辦案手法也許不同於拉斯維加斯或邁阿密的CSI小組，但破案的決心卻不遑多讓。面對層出不窮的凶案，他們能夠查明真相，將凶手繩之以法嗎？他們能循線追查，拼湊他們找到的證據，讓真相水落石出嗎？