エリス・スプリングスで男の射殺体が発見された。運転免許証からテキサス州在住のロジャー・マザーズと判明。だが、彼はこの地域の出身で、25年前に武装強盗事件に巻き込まれた少年のひとりだった。成人したロジャーはなぜ故郷へ戻り、殺されたのか？　彼の車のそばには航空写真の切れ端が落ちていた。25年前に盗まれた金品は発見されておらず、この砂漠地帯のどこかに埋められているという言い伝えがあるらしいのだが……。

カジノ王リー・バーマンの妻が自宅で射殺される。家にバーマンの姿はなく、車で移動中の所を見つかるが、車内には銃があり手から発射残渣が検出される。バーマンは犯行を否認するが夫婦の仲は冷え切っており、バーマンが利用していた富豪向けのポルノサイトにはキティという女がいた。サイバー犯罪を担当するFBIの特別捜査官エイヴリー・ライアンは、キティをずっと追っていたと言い、キティの正体を明らかにするのだが……。

拉致され脚の肉を切り取られて食べられたと主張するオーウェン・リンダー。同じように肉を切り取られた跡のある男の腕が見つかり、捜査を進めると人肉を食べる『イーター』の存在が浮かび上がる。実はオーウェンは人肉食や丸呑みに興味のあるボアフェチだった。バーチャルで丸呑みしてくれる『ミス・フィード』も殺害されており、腕は丸呑み動画を撮影していた男のものだった。フィンとニックは『人食いの宴』に乗り込むが……。

ラスベガス署に現われた少年がいきなり拳銃を発砲。受付にいた巡査が負傷した。少年はその後も乱射を続け、署をカオスに陥らせたあと取調室に立てこもる。そこにはラッセルと取調中のジェイコブがいた。警官らが取調室に向けて発砲したためジェイコブは被弾して重傷を負うが、病院へ搬送することを少年は許してくれない。少年は死を覚悟して犯行に及んだと豪語する。ラッセルは少年を投降させるべく説き伏せようとするが……

コナー家の4人家族と飼い犬1匹がある日忽然と姿を消した。その空き家に住み着いていたホームレスのダグがラリって転倒騒ぎを起こしたことで事が発覚するが、CSIがルミノール検査をするとリビングから大量の血痕が浮かび上がる。殺傷事件で複数の人間が血を流したことは明らかだが、第一容疑者のダグはコナー一家に招待されてそこに暮らし続けただけだと主張。やがてコナー家の知られざる秘密が徐々に明らかになっていく。

リムジンの車内で見つかったグルーピーらしき女の死体。遺体の胸に残されたサインと灰皿で溶けていたギターピックはキッスのジーン・シモンズのものだった。素人が大金を払って大物と共演できる企画があり、彼は昨夜、素人バンドの3人と共演したと言う。演奏後のパーティーで合流したタンジェリンと言う女が姿を消しており、ライブスタジオを調べると2カ所で大量の血痕が浮かび上がる。そこで殺されたもうひとりとは……。

エルヴィス・プレスリーのモノマネ芸人の死体が見つかる。血痕をたどるとルーク（ミヤマガラス）の死骸があり、グレッグはチェスの駒キングとルークを連想する。ベガスのホテルでチェスのトーナメントが開催されており、捜査を進めるとトーナメントツアーが開催された都市で同様の殺人が他に6件、起きていたことが分かる。チェスの手になぞらえた連続殺人だった。トーナメント関係者を調べるうちに更なる殺人が起きて……。

夜明けに路上の車内で16歳の少女が死んでいた。頭部に死因と思われる外傷があるが車内の血痕は少ない。殺害現場は別の場所だ。少女は性的暴行を受けており、膝の切創の奥には紫色のガラス片が埋まっていた。両親は娘が夜中に外出したことも知らず、行き先も分からないと言う。少女の足取りを追うのは困難を極めたが、ようやくつかんだ手掛かりから判明した少女の行き先は、その清純そうなイメージとはかけ離れた場所だった……。

資産家ガブリエル・オルティスの娘アナがメキシコ国境の街アルケロで死体となって見つかる。コカイン中毒との報告に納得できない父親の依頼を受けロビンスとニックは現地へ。しかしそこは抗争に明け暮れる複数の麻薬カルテルと賄賂漬けの地元警察が牛耳る無法地帯だった。無愛想な検視官の許可を得てロビンスはアナの解剖を始める。一方ベガスでは人妻が自宅のガレージで夫の弟とともにコンクリート漬けの異様な形態で発見される。

自動車事故で車が爆発炎上し、運転していた記者ジョン・マチストンが死ぬ。以前CSIを取材したジョンは、米国政府が国内で盗聴活動を行っているというネタを追っていたらしい。フィンは、事故が政府の何者かに仕組まれたものではないかと疑う。ジョンの弁護士ジルは、彼が空軍のランズデール大将が指揮する政府の機密“プロジェクト・ジェリコ”を調べていたと語る。やがて“スヴァーリ”と名乗る内部告発者の姿が浮かび上がる。

ニューアーク発ベガス行きの機内で乗客らが騒ぎ始めた。手荷物から金品が盗まれたのだ。あわてて飛行機を降りたブロンド美人が怪しいと乗客らは口をそろえて供述。だがその女性が空港付近で遺体となって発見され、生前の彼女と最後に接点を持った乗客らに逆に嫌疑の目が向けられる。女性の氏名は所持していた航空券から割れたが、後にそれは偽名と判明。彼女はなぜ偽名を使い、なぜ命を落としたのか？　機内窃盗事件との関連は？

会社経営者ボナムの自宅の庭でサンタクロースの格好をした男の死体が見つかる。男はボナムの元で働く従業員のファンテ。仕事もでき仲間から好かれていたという話だったが、背中を刺されたうえソリのランナーで脚を切断されていた。前夜クリスマスパーティーが催されていた現場には、人工雪が撒かれていたため証拠採取も一筋縄ではいかない。ボナムの幼い息子に話を聞いてみると事件の夜、家の中にトナカイがいたと言い……。

サラ、フィン、モーガンの3人は週末をスパで過ごそうとリノに向かうが途中で車が故障し、ラークストンで1泊することになる。フィンは修理工のダリルといい雰囲気になるが、既婚者だと知って誘いを断ると、ダリルは態度を豹変させてナイフを手に襲ってくる。抵抗したフィンは彼を刺してしまうが、サラたちを連れて戻ると倒れていたダリルの姿はない。ダリルは生きていると推測されたが、やがて行方不明の女性の死体が見つかる。

モーテルの114号室で、アリゾナからやってきたスミス夫妻がそれぞれ100カ所以上も刺された無残な死体で見つかる。実は、この部屋では11週間前に若い男が脚を切断されて死亡し、4週間前には別の夫婦が襲われ、妻が頭をメッタ打ちにされて死んだ。関連性は見当たらないが、同じ部屋で惨劇が繰り返される理由は何か？　バスルームの遺留物や痕跡から、事件当夜部屋にはスミス夫妻以外にもうひとりいたことが分かる。

レイプ事件が発生する。以前に遅番が担当した事件と被害者のタイプはブルネット、手口も似ていることから、連続レイプ事件の疑いが出てくる。モーガンが遅番のドーンと組んで捜査にあたり、最後の被害者エイミーのときには犯行がスムーズになったことに気付く。犯人の狙いはエイミーで、他の被害者は練習台だったのか。犯人として真っ先に疑われたのは、エイミーの元恋人のジャレッド。捜査に協力せず激高する彼に疑いが深まる。

嵐の夜、放水路に落ちた男が昏睡状態で引き上げられる。搬送先の病院で男の持っていた鞄を開けるサラ。その中では、爆弾が作動していた。サラは爆弾を手に身動きひとつできず、爆発物処理班の到着を待つのだった。男は意識の戻らないまま、外国語の謎の単語をひたすら繰り返すばかり。彼の宿泊していたホテルからは偽造のパスポートが発見される。CSIはテロリスト集団がラスベガスを標的にしている疑いを持つ。

質屋で手に入れたなけなしの200ドルを元手に、ホームレスの男がブラックジャックで運だめし。奇跡的に大勝ちし35万ドルの大金を手にするが、翌朝に路地で死体となって見つかる。背中の特徴的な刺し傷と、地面に血染めの指で書き残した“DE”の文字は何を意味するのか？　ポケットから質札を見つけたCSIは早速ルビーが営む質屋へ。被害者が質入れした腕時計と指輪から、やがて隠された真実が明らかになっていく。

シリーズ通算300話記念エピソード。資産家ジャック・ウィッテンの家で少女の死体が発見された。彼には14年前にも18歳の女性を殺害した容疑がかけられていたが、ウィッテン家から捜査陣に圧力がかけられた上、決定的証拠をつかむこともできなかった。当時、取り逃がしたために新たな犠牲者が生まれたのか。サラは、科学捜査班にいたキャサリンの無念を思い出す。その無念を晴らすため、CSIの雪辱戦が始まる。

シェフたちが腕を競うリアリティ・ショーで、決勝戦前に味覚テストが行なわれた。ファイナリスト4人にそれぞれ同じ肉を使用した異なる料理が出され、それが何の肉か当てるのだ。だがスープの具である眼球を食した出場者が吐き出したのは、コンタクトレンズ。司会者は、「予定ではカンガルーの肉だった」と述べるが、何者かが人肉とすり替えたのだ。CSIは、人肉が調理されたと思われるスタジオの厨房から鑑識を始める。

ライブ中のクラブで火災が発生し、若者4人が死亡する。そのうち2人は火災から逃げる最中に死んだと見られ、ヒスパニック系のひとりは火災の前に絞殺されていたことが分かる。残る遺体は演奏していたバンドのメンバーで、全身に入れられたタトゥーは白人至上主義を主張していた。そのバンド自体FBIの監視対象になっているヘイトコア・バンドだったのだ。人種を理由とした憎悪犯罪の可能性にCSIは緊張する。

フォー・キングス・カジノで換金のために札束がテーブルに積まれたそのとき、照明が切られ強盗が乱入。強盗は警備員を射殺し大金を奪ってバイクで逃走するが、その直後、路上で急死する。顔も体も腫れ上がり、肩には虫刺されのような痕が。しかも持っていたカバンの中身は偽札と偽造チップだった。身元はフォー・キングスの従業員と判明し、単独犯ではないとCSIはにらむが、そんな中、彼の同僚と思われる新たな死体が見つかる。

モーガンを誘拐した車は、貸し倉庫の前に乗り捨ててあった。そこには遺体があり、“地獄の第5の円”の演出が施されていた。髪型と服から遺体はモーガンと思われたが、ラーソンの教会から姿を消したデニーズだった。その背中には、またしても謎の文字が刻まれ……。第1容疑者テイトはマンションから姿を消すが、家宅捜索で手がかりらしき不思議な物体が見つかる。そこへ記者のジョンが犯人からのメッセージを届けに現われる。