Beckett n'a plus de nouvelles de Castle depuis qu'il est parti dans les Hamptons avec Gina il y a plusieurs mois, pour écrire son deuxième roman de Nikki Hard. Alors, quand Beckett et son équipe, à la poursuite d'un meurtrier, pénètrent dans un appartement, la dernière chose qu'ils s'attendent à voir c'est bien Castle, l'arme au poing, penché sur le corps d'une femme morte. Même si le romancier clame son innocence, Beckett n'a pas d'autre choix que de l'arrêter pour suspicion d'assassinat.

Quand une célèbre voyante est assassinée, Beckett et Castle cherche son assassin tout en débattant avec animation sur l'existence des capacités extra-sensorielles. Les preuves se multiplient des deux côtés, surtout quand arrive une lettre de la victime, écrite le jour où elle a été tuée et prédisant sa propre mort. Mais ne serait-ce pas l'oeuvre d'un tueur habile qui espère brouiller les pistes ?

Quand un document codé est découvert suite au meurtre d'un prêteur sur gages, l'imagination de Castle s'envole tandis que Beckett reste plus réaliste. Pour compliquer les choses, le duo voit débarquer l'ancien partenaire de Beckett, maintenant reconverti en chasseur de primes.

Castle et Beckett se penchent sur l'assassinat d'un jeune mathématicien, abattu avec une balle vieille de 200 ans. La théorie de Castle concernant cette affaire inclut un voyage dans le temps, particulièrement quand une DeLorean entre en scène.

Les mystères abondent lorsque lors d'un enterrement des porteurs funéraires font tomber un cercueil étonnamment lourd qui laisse apparaître une jeune femme morte aux côtés du défunt. Quand Castle et Beckett apprennent que la victime était médecin, leur enquête les mène dans le monde des amourettes de l'hôpital. Pendant ce temps, la relation de Castle et Gina est mise à mal quand cette dernière essaie de se lier avec Alexis.

Quand une jeune femme est retrouvée morte dans une ruelle, tous les indices présents sur place laissent à penser qu'elle est une victime du serial killer appelé le Triple Tueur. Ce dernier avait déjà terrorisé New York quatre ans plus tôt avant de disparaître mystérieusement. Castle et Beckett se battent contre le temps afin d'arrêter le meurtrier avant qu'il ne fasse d'autres victimes.

Répondant à un appel d'urgence pour le meurtre d'un policier, Castle et Beckett sont choqués quand, en arrivant sur place, ils découvrent que la victime n'était pas un flic mais un strip-teaseur déguisé. Cet assassinat les entraîne dans le monde des clubs et des acteurs.

Alors qu'il enquêtait sur l'assassinat d'un électricien du métro New-Yorkais trouvé mort dans Central Park, Castle et Beckett découvrent l'enlèvement choquant et violent d'un jeune garçon. Tout en luttant contre la montre, l'équipe doit découvrir le motif de ce kidnapping, livrer un meurtrier à la justice et sauver des vies innocentes.

Après que le corps d'une éminente astrophysicienne victime d'une décompression explosive ait été trouvé dans sa voiture, Castle plaisante en théorisant qu'elle a peut-être été tuée dans l'espace. Alors que Beckett et lui approfondissent la vie de la victime, ils sont confrontés à des preuves qui pointent vers l'impossible : un enlèvement par des extraterrestres.

Le livre de Castle intitulé Vague de chaleur va être adapté au cinéma et Natalie Rhodes, l'actrice qui doit interpréter Nikki Hard, rejoint l'équipe pour quelques jours suite à l'invitation de Beckett afin de mieux comprendre le personnage qu'elle va jouer. Alors que la police enquête sur l'assassinat d'une entremetteuse de grande classe, Natalie joue le jeu à l'extrême en se transformant en portrait craché de Beckett, à la consternation de celle-ci et au plus grand plaisir de Castle.

Lorsque le propriétaire du magasin Drake's Magic Shop est retrouvé noyé dans le célèbre réservoir d'eau d'Houdini, Castle et Beckett pénètrent dans le monde de la magie pour trouver son assassin. Dans le cadre de leur enquête, le duo rencontre le grand magicien Tobias Strange. Parallèlement, la relation amoureuse entre Esposito et Lanie est découverte.

De vieilles blessures sont rouvertes quand l'inspecteur à la retraite qui s'est occupé du dossier sur l'homicide de Mme Beckett vient voir Kate avec de nouvelles informations. Malheureusement, il se fait abattre avant d'avoir pu lui dire ce qu'il sait. L'enquête sur sa mort conduit à une conspiration vieille de plusieurs décennies qui pourrait expliquer qui était derrière l'assassinat de la mère de Beckett et pourquoi. Avec de tels enjeux et tant d'émotions, le partenariat entre Castle et Beckett passe au niveau suivant.

Quand Castle et Beckett enquêtent sur l'assassinat brutal d'un gagnant de la loterie, les suspects ne manquent pas, qu'ils soient envieux ou furieux envers la victime, qui venait d'emménager dans un appartement de luxe. Alors que les policiers émettent des idées fantaisistes en imaginant ce qu'ils feraient s'ils gagnaient le gros lot, Martha se retrouve réellement confrontée à cette décision quand elle hérite d'une somme d'argent qu'elle ne pense pas mériter.

Castle et Beckett se retrouvent en conflit sur une affaire qui implique un ami avec qui Castle était à l'école et qui apparaît comme le principal suspect dans l'assassinat de sa femme. Alors que l'équipe tente de résoudre ce crime, Castle se rend compte qu'une de ces deux terribles choses doit être vraie : soit Beckett est sur le point d'arrêter un homme innocent, soit son vieil ami est un tueur de sang-froid.

Alors que Castle et Beckett enquêtent sur l'homicide d'un chauffeur de taxi qui a apparemment été tué suite à un vol, ils découvrent que la victime était impliquée dans un mystérieux complot, avec des conséquences inimaginables. Comme les enjeux sont énormes, l'agent fédéral Mark Fallon reprend l'enquête. Ensemble, Fallon, Beckett et Castle doivent se démener pour découvrir la vérité avant qu'il ne soit trop tard.

Alors que le temps presse, Castle et Beckett doivent mettre de côté leurs différents avec l'agent Fallon pour éviter une catastrophe dans la ville.

Un meurtre a été commis sur le tournage de Temptation Lane un des plus longs soap-operas que New York ait connue. Sarah Cutler, la scénariste en chef, a été tué avec une hache. Castle et Beckett vont rapidement découvrir que les drames qui se jouent en coulisses sont tout aussi scandaleux que ceux des scénarios. Par ailleurs, il s'avère que n'importe qui peut être responsable de cet assassinat.

Castle et Beckett enquêtent sur le meurtre d’un juré survenu en plein procès pour homicide. Durant le procès très médiatisé du meurtre de la fille d’un notable, un juré s’écroule brusquement de son siège, mort. Alors que Castle et Beckett apprennent que le juré a été empoisonné, leur enquête révèle que ce juré en apparence si innocent était impliqué dans l'affaire.

Un corps est retrouvé carbonisé dans le four d'une pizzeria. La victime était un journaliste d'investigation qui avait découvert que les quatre pizzerias qui se disputent le marché ont beaucoup de secrets à garder…

Un nageur est retrouvé noyé dans la piscine où il s'entrainait, et l'affaire se complique quand elle réunit des stéroïdes, un trafiquant biélorusse et une famille irlandaise. Pour l'aider, Castle propose à un jeune auteur de le seconder, mais celui-ci se montre plus intéressé par Beckett que par la victime.

L'ancien mentor de Beckett est retrouvé mort à New York, mais les pistes mènent Beckett et Castle pour Los Angeles. Entre les deux côtes, l'enquête met en scène un homme d'affaires violent, des balles qui fondent et le tournage de l'adaptation de Heat Wave.

Une reine de beauté est retrouvée morte sur la scène d'un concours prestigieux. La jeune fille de l'Illinois cachait plusieurs secrets, que Castle et Beckett découvrent. Pendant ce temps, Alexis est affectée par le départ de son petit ami pour la faculté.

L'affaire de la mort de la mère de Beckett resurgit quand le dernier policier est tué en prison et que son tueur s'évade. Beckett comprend vite qu'il y a un troisième homme, mais Castle a peur de voir cette traque mal finir.