C.S.I. Miami muestra el trabajo de un grupo de investigadores forenses del sur de Florida que usan los métodos científicos más avanzados y el típico trabajo policial para resolver los crímenes que se les presentan. Todo un nuevo equipo de forenses que deben investigar diferentes casos que tienen lugar en la sórdida región de Miami, a la que algunos llaman la Cuba del Norte, considerada una combinación tropical de diferentes pueblos, culturas, formas de vida y por supuesto, unos cuantos asesinatos. Al igual que hacen en Las Vegas, este grupo de investigadores deben buscar por todas partes las pistas necesarias para resolver el crimen y detener al sospechoso. Y es que aunque los criminales sean cuidadosos, siempre se dejan atrás alguna pista.
Horatio Caine es el jefe de este nuevo grupo de investigadores forenses, un antiguo detective de homicidios con un cierto aire peligroso y una fe ciega en la justicia. Su equipo está formado por Calleigh Duquesne, una mujer muy atractiva, bilingüe y cuya especialidad es la balística; Tim Speedle, un chulo pero encantador investigador con buenos contactos en las calles; Eric Delko un experto buceador que conoce todas las vías y canales de agua de Florida; Alexx Woods, una sensata y seria médico forense; y Ryan Wolfe, la última incorporación al equipo, un joven agente de policía que está a punto de doctorarse en genética. Además, Horatio Caine y sus chicos, cuentan en algunos casos con la valiosa ayuda de la detective Yelina Salas, quien estuvo casada con el hermano de Horatio y que le proporciona todo el refuerzo policial que necesiten.
Todos juntos, este grupo de investigadores buscan, reúnen y analizan todas las pruebas y evidencias encontradas en torno a una investigación criminal para intentar resolver dicho crimen y detener al sospechoso, y vengar a aquellos que ya no pueden hablar por ellos mismos, las víctimas.