Sophie Bishop, une riche héritière, ancienne cible des paparazzi, engage Sherlock et Joan pour retrouver son ancien compagnon, Sammy Olivetti, qui a disparu au moment où une vidéo de leurs ébats circulait sur Internet. Elle est retrouvée morte peu après. Le crime profite à Ryan, son mari, qui hérite du montant de ses parts dans le consortium familial. Sophie a dû les vendre après le scandale causé par la vidéo...

Un homme est touché par la foudre en plein Manhattan. Mais les gratte-ciel faisant office de paratonnerre, il ne peut s'agit de foudre naturelle. Dans son enquête, Sherlock se tourne vers une arme expérimentale : les électrolasers à plasma. Les laboratoires les développant veulent s'équiper en plutonium pour réduire la taille de ces armes...

Sherlock et Watson enquêtent sur la mort d'un homme au cours de la reconstitution d'une bataille de la Guerre d'Indépendance. Un incendie criminel à la demeure de celui-ci oriente leur enquête sur les traces d'un personnage méconnu de l'histoire américaine...

Sherlock et Joan enquêtent sur le meurtre de Candace Reed, l'ancienne thérapeute de Joan. Sherlock vole le disque dur de son ordinateur pour accéder à l'identité de ses patients, protégés par le secret professionnel. Joan y trouve son dossier et y découvre que le docteur Reed pensait qu'elle fuyait son désir d'enfant dans le travail...

Sherlock est toujours souffrant à cause de sa commotion cérébrale. Suite à une perte de mémoire, il se retrouve avec une tête coupée dans une mallette.

Sherlock et Watson enquêtent sur la mort d'un ancien Yakuza. Afin de dissimuler son identité, celui-ci portait, à la place du petit doigt, une prothèse cachant une clé USB.

L'état de Sherlock s'aggrave. Maddie, la colocataire d'Hannah, la fille de Gregson, est retrouvée étranglée. Sherlock découvre qu'elle porte des vêtements et des boucles d'oreilles qui ne lui appartiennent pas. Ce sont ceux de femmes portées disparues à des époques et dans des lieux différents...

Joan reçoit Kelsey qui veut faire adopter son bébé pendant que Sherlock, de retour en pleine forme, identifie la victime d'un meurtre retrouvée dans le béton. Lauren Wexler travaillait discrètement à la conception d'un engin dépollueur dont elle avait volé les plans à son employeur et s'intéressait à un chantier situé sous le pont Maracott...

Alfredo demande de l'aide à Sherlock pour voler 100 000 dollars à l'un de ses anciens employeurs, qui refuse de le payer. Sherlock refuse parce qu'Alfredo veut en faire cadeau à son frère, Dante. Dante est celui qui a fait plonger Alfredo dans la criminalité, et Sherlock lui en veut beaucoup...

Sherlock et Watson sont chargés d'enquêter sur la mort d'une jeune femme dont le corps a été découvert dans des tunnels désaffectés. L’homme qui se trouvait avec elle et qui a pu s'enfuir cherchait à en faire la réplique d'une célèbre momie égyptienne...

Morland vient demander de l'aide à son fils pour l'aider à tuer Moriarty avant qu'elle ne le tue. Sherlock retourne la question dans sa tête et finit par trouver une solution temporaire. Il réussit à entrer en contact avec Moriarty par l'intermédiaire d'une femme travaillant pour elle, Ellory...

Une femme a disparu. Un de ses amis, Derek, demande à Watson de la retrouver. Il lui avoue qu'il n'a jamais rencontré cette femme, Maria, en personne. Il l'a connue sur Internet...

Sherlock et Watson découvrent qu'un homme qui vient d'être assassiné se servait de sa société pour dissimuler sa véritable activité, celle de tueur à gages. L'enquête les met sur la piste d'un entrepreneur spécialisé dans les produits pharmaceutiques aux pratiques pour le moins douteuses...

Bell trouve un sac abandonné au poste de police, qui diffuse un gaz suspect. Le local est immédiatement placé en quarantaine. Les services sanitaires tentent d'isoler l'agent toxique alors que les premiers symptômes se manifestent chez deux personnes présentes sur les lieux de l'incident...

Sherlock et Joan cherchent un lieutenant qui remplacera Bell, après son départ chez les marshals. Ils en ont sélectionné deux, mais Joan a une aventure avec l'un deux. Sherlock présente donc l'autre à Gregson, qui rejette cette candidature...

Sherlock et Watson enquêtent sur le meurtre d'un ingénieur spécialisé dans l'impression 3D. Celui-ci travaillait pour une société qui vend des robots sexuels plus vrais que nature. Or, un de ces androïdes se trouvait dans l'appartement au moment du meurtre et pourrait se révéler être un témoin crucial...

Les restes de William Velnik, professeur d'université spécialiste des vers, sont retrouvés dans un composteur de son laboratoire. A sa disparition, il portait un mystérieux blouson qui reste introuvable. Velnik fréquentait beaucoup les femmes, travaillait pour Hoyt Armor, un fabriquant de vêtements de protection et parcourait le monde à la recherche du ver capable de produire une fibre organique de nouvelle génération...

Un homme vient voir Sherlock avec une histoire invraisemblable : son frère décédé, schizophrène, était persuadé de vivre dans une simulation informatique et comptait le prouver en rédigeant des textes funéraires à l'avance. Or, depuis sa mort, trois se sont réalisés et Sherlock est le prochain, devant mourir abattu trois jours plus tard. Avec Watson, le détective doit donc chercher à prouver qu'il s'agit de meurtres avant la date fatidique.

Un des contacts de Sherlock, un brillant mathématicien, a appris la disparition d'une de ses thésardes et il craint d'être accusé de son enlèvement. Le détective accepte de l'aider et commence par se demander pourquoi avoir enlevée l'étudiante plutôt que le maitre. Watson voit les sentiments que porte le mathématicien pour son étudiante et en vient à se demander si Sherlock ne regrette pas sa relation avec Moriarty.

Une femme est retrouvée morte étranglée dans une des salles où Sherlock se rend régulièrement pour ses réunions d'ex-drogués. Il y voit le retour de Michael Rowan, comme la police et le FBI, mais le tueur se rend à la police et affirme qu'il n'est pas responsable. Le capitaine essaie de tout faire pour maintenir Rowan sous surveillance, malgré le manque d'indices.

Joan est la principale accusée du meurtre de Michael Rowan et l'agent Mallick du FBI est persuadée de pouvoir le prouver. Sherlock reste convaincu du contraire et reprend l'enquête, qui va avoir de lourdes conséquences sur la relation entre les deux détectives et leur vie comme consultants pour la police de New York.