Når CSI går ind i seriens 12. sæson, er holdet stadig ved at komme sig ovenpå konsekvenserne af Nate Haskell-sagen, flere måneder efter den er overstået. Holdet må opbygge nye forhold, mens de løser sager, der inkluderer drab i en sporvogn i Vegas og en "Strangers on a Train"-lignende sag, hvor adskillige mistænkte, der ikke lader til at være relaterede, tilstår at have myrdet en familie.