CSI: Miami, primeira franquia que surgiu após o sucesso de CSI: Crime Scene Investigation, mostra o trabalho da equipe de investigadores do sul da Flórida que soluciona crimes através da mistura de métodos científicos, técnicas tradicionais, tecnologia de ponta e instinto apurado para descobrir pistas. Horatio Caine, um ex-detetive de homicídios, lidera um grupo de investigação que trabalha para desvendar crimes na região de Miami. Sua equipe inclui Calleigh Duquesne, uma bonita sulista bilíngüe com especialização em balística; Tim Speedle, um arrogante, mas competente, investigador com ótima conexão nas ruas da cidade; e Eric Delko, um dos maiores experts em bombas e explosivos da Flórida. Essa equipe conta ainda com Alexx Woods, a "sabe tudo" das investigações de homicídios.

A capitã Sharon Raydor é a nova Chefe da divisão de crimes da polícia de Los Angeles, substituindo Brenda Leigh Johnson. Mas a equipa não recebe a nova chefe de braços abertos. Raydor tem de ganhar a confiança da equipa enquanto resolve crimes e lida com bastidores do sistema judiciário.

A vida de um homem rico e solteiro, Charlie (Charlie Sheen), que se aborrece quando seu irmão divorciado Alan (Jon Cryer) e seu sobrinho Jake (Angus T. Jones) acabam indo morar na sua casa em Malibu. Apesar das enormes diferenças entre os dois irmãos, eles decidem firmar uma parceria para dar um lar ao pequeno Jake.