In der Serie bilden die originalen CSI-Mitglieder Gil Grissom (gespielt von William Petersen) und Sara Sidle (gespielt von Jorja Fox) zusammen mit einem neuen Team von Forensikern den Kern der Handlung. Das neue Team wird durch die Rolle von Maxine Roby (gespielt von Paula Newsome), der Leiterin des neuen Las Vegas Crime Lab, geleitet.

Die Handlung der Serie dreht sich sowohl um die Lösung aktueller Verbrechen als auch um das Aufarbeiten alter, ungelöster Fälle durch Anwendung modernster forensischer Technologien und Wissenschaften. Durch die Kombination aus altbewährten und neuen Charakteren bietet die Serie sowohl Fans der alten Serie als auch neuen Zuschauern eine einzigartige, wissenschaftlich orientierte Krimi-Unterhaltung.

"CSI: Vegas" behält den Fokus auf detailreiche, wissenschaftliche Ermittlungsarbeit der Originalserie bei, zeigt aber auch, wie sich Technologie und Methodik im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben. Gleichzeitig wird weiter auf die persönlichen Dynamiken und Geschichten der Charaktere eingegangen, einschließlich der Beziehung zwischen Grissom und Sidle, die während der Laufzeit der Originalserie eine herausragende Rolle spielte.