Una rapina ad una gioielleria finisce nel sangue con la morte di una guardia giurata e il ferimento di un'altra. Il Reparto Investigazioni Scientifiche viene chiamato a dare un volto ai due rapinatori. Durante le indagini Giorgia Levi viene ferita gravemente. Contemporaneamente, a Bologna, Venturi partecipa al processo contro l'uomo delle bombe dove conosce una giornalista, Daria di Giacomo, che cerca di intervistarlo sul killer seriale per scrivere un libro, e lo psichiatra che ha certificato che l'uomo delle bombe era perfettamente in grado di intendere e di volere. Nella periferia di Parma, intanto, un uomo in tuta e cappelletto bianco rapisce una giovane donna. L'uomo delle bombe viene condannato all'ergastolo.

Un dodicenne scompare vicino a casa sua e, pochi giorni dopo, verrà trovato cadavere ai margini di un fiume; avvolto in un sacco della spazzatura. I sospetti ricadono sul vicino di casa della famiglia, un falegname con l'hobby della fotografia. Nel frattempo, Venturi, riceve un pacco dove, all'interno, è conservato un dito umano troncato di netto con un bisturi e con un anello. Dopo accurate indagini si scopre che l'arto è di una donna, scomparsa da pochi giorni. Nella villetta dove abitava troveranno un DVD lasciato dal rapitore sul quale è inciso il video di un uomo che tortura la probabile vittima. Attraverso l'analisi di una larva rinvenuta sul luogo del rapimento, i RIS giungono in un bosco di pioppi dove verrà trovato il corpo della donna seppellito sotto terra.

I RIS cercano di scoprire l'identità del misterioso uomo che ha ucciso una donna facendola morire di inedia. Sulla scena del crimine viene rinvenuto anche uno scheletro femminile al quale Venturi e Giorgia cercano di dare un'identità. Francesca, nel frattempo, porta in caserma un immigrato con la maglietta sporca di sangue. Le indagini sull'immigrato li porteranno alla scoperta del cadavere del cugino di quest'ultimo. Dall'autopsia, la Morandi stabilisce che l'uomo è morto per soffocamento a causa di due colpi letali sferrati con molta tecnica e in rapide successione al naso e alla trachea. I colpi avevano a un blocco dei flussi di respirazione e alla successiva morte. Negri e Testi indagheranno sul mondo delle arti marziali per scoprire chi ha assassinato con tanta ferocia quel povero ragazzo.

Il Reparto Investigazioni Scientifiche viene chiamato ad esaminare una scena del crimine atipica in un appartamento. Vi sono infatti vistose presenze di sangue su tutte le superfici ma nessun cadavere e nessuna arma del delitto. Il corpo della vittima, un pregiudicato per violenza carnale, viene rinvenuto in un cantiere solo successivamente. Il delitto potrebbe essere legato ad un caso di stupro in branco avvenuto otto anni prima. Contemporaneamente, Venturi intreccia una relazione prettamente fisica con la giornalista Daria di Giacomo.

Corsa contro il tempo per salvare la vita a Daria di Giacomo che è stata rapita dal nuovo serial killer. Venturi darà tutto se stesso prima che la sua donna muoia di stenti. Contemporaneamente Vincenzo e Testi si occupano dell'omicidio per accoltellamento di Orsola Lombardi, una psicotica. Accanto al corpo, i carabinieri del primo intervento hanno trovato un ragazzo, Francesco, ossessivo compulsivo, completamente sporco di sangue.

Michela Torre, una bambina di nove anni rapita la sera prima, viene ritrovata da due nuotatori sulle rive di un fiume con una profonda ferita alla testa che le ha causato una emorragia. Trasferita a terapia intensiva, i medici riescono a salvarla e i RIS iniziano a indagare per scoprire il rapitore. La bambina soffriva del morbo di Von Willebrand, una rara malattia genetica che le aveva trasmesso uno dei genitori. Ma ne il padre ne la madre erano portatori sani. La soluzione del mistero si potrebbe celare in complesse analisi del DNA. Venturi, nel frattempo, decide di interrogare Unabomber in carcere sul nuovo serial killer ma nessuno è d'accordo con lui.

Venturi è gravemente ferito dall'esplosione di un ordigno, avvenuta di fronte alla casa della sua amante Daria, uccisa dal serial killer sul quale lui e la Levi stanno indagando. La collega rifiuta la proposta del generale Tosi: non vuole sostituire Venturi, si sente inadeguata. Testi è costretto a prendere il comando del RIS, ma solo fino a quando il capitano non si sarà ristabilito. Venturi viene ricoverato per essere operato d'urgenza ma rimane in coma per due settimane. Durante la sua permanenza un uomo con una maschera bianca verrà a trovarlo nella sua stanza d'ospedale, è il nuovo serial killer che gli rilancia la sfida. Vincenzo e Francesca, nel frattempo, si occupano della morte per dissanguamento di un "bullo" del liceo, Maurizio, trovato morto dal padre ubriaco.

Il capitano Fabio Martinelli torna a Parma per assistere Venturi che è appena stato operato al cuore. In un magazzino, nel frattempo, viene rinvenuto il corpo carbonizzato del figlio di un esponente mafioso di Cosa Nostra. Il secondogenito, invece, risulta scomparso ma il padre non vuole aiutare i carabinieri a ritrovarlo.

Una ragazza di diciassette anni, dopo essere stata stuprata selvaggiamente in casa sua, dalla vergogna, decide di suicidarsi buttandosi dalla finestra del quinto piano. Durante l'indagine, un'altra ragazza verrà stuprata e i due casi sono collegati ad altri cinque. Inizia la caccia ad uno stupratore seriale particolarmente sadico che utilizza la linea degli autobus per trovare ragazze da violentare. Nel frattempo Venturi, appena dimesso dall'ospedale, torna in servizio e cerca di scoprire se ci possa essere un effettivo legame tra l'uomo delle bombe e il nuovo serial killer, che lo emula. Per questo, attraverso una mini-telecamera, cerca indizi rilevanti all'interno della cella del dinamitardo seriale.

Una veggente denuncia al capitano Rocchi la morte di una sua cliente e gli dice di cercare il corpo in fondo ad un lago. Effettivamente, dopo lunghe ricerche da parte dei subacquei, viene rinvenuto il corpo di una donna all'interno di una macchina. L'autopsia stabilirà che il decesso è dovuto al soffocamento. Qualcuno le aveva premuto un cuscino da divano sulla bocca occludendole le vie respiratorie. Intanto Venturi e De Biase sono alla disperata ricerca di quella che sembra essere la prossima vittima del killer seriale: una giovane ragazza ripresa dall'alto, in un punto imprecisato della città. Tuttavia i Ris scoprono di essere stati messi su una falsa pista, e quando scopriranno la vera prossima vittima del killer......avranno una brutta sorpresa!

Un chimico viene trovato assassinato alla rimessa dei treni. Secondo le informazioni in possesso al ROS, il ragazzo era un infiltrato in una cellula terroristica serba che, recentemente, aveva minacciato ritorsioni terroristiche in Italia se il loro capo non fosse stato rilasciato. Inizierà una corsa contro il tempo per fermare gli attentati.

Dopo otto anni si sta per concludere il processo per l'omicidio e lo stupro di una facoltosa donna trovata assassinata in casa sua. Venturi, convinto dalla madre dell'imputato, decide di riaprire il caso ed esaminare nuovamente tutte le prove. Secondo lui le indagini si sono svolte in una sola direzione. Contemporaneamente Vincenzo, Francesco e Francesca si occupano della morte per overdose da epo di un calciatore.

Francesca si sveglia in un luogo sconosciuto. È stata rapita dal serial killer mentre andava dallo psichiatra Carlo Vasari per elaborare un profilo psicologico. Per tutti inizia una corsa contro il tempo. La ragazza, infatti, rischia di morire di inedia come tutte le altre.

Il Generale Tosi sospende Vincenzo dalla ricerca di sua figlia e al suo posto va un nuovo tenente: Giovanni Rinaldi. I due indagheranno sulla morte di un corriere di droga che aveva contratto una letale malattia infettiva. Durante l'esame del cadavere, la Morandi contrarrà il pericoloso virus.

L'identità del serial killer è stata svelata. È Carlo Vasari, lo psichiatra che ha stilato il profilo psicologico dell'uomo delle bombe. Dopo un colloquio con quest'ultimo, Venturi capisce che Francesca potrebbe trovarsi sulla scena del crimine dov'era stato trovato il corpo della fidanzata della sorella di Vasari accusata dell'omicidio dal capitano. Nella casa del delitto, però, c'è solo il serial killer ad aspettarlo, che spara a Vincenzo (che si era recato lì prima di lui) e ingaggia una violenta colluttazione col capitano. Dopo una lotta molto acrobatica, Vasari stende a terra Venturi ma, proprio mentre lo sta per uccidere puntandogli la pistola contro, De Biase, benché ferito, riesce a salvare in tempo il Capitano, ferendo Vasari con un colpo di pistola al petto. Ma Francesca ancora non si trova e Vasari è in coma.

Ultima sfida. Ritrovare la piccola Francesca prima che il botulino che le ha iniettato Vasari la uccida. Venturi sarà costretto a rilasciare Unabomber che è l'unica persona con la quale Vasari voleva parlare e confessarsi.