CSI: Miami sigue muy de cerca el trabajo de un equipo de forenses del sur de Florida liderados por Horacio Caine (David Caruso), que utilizan tanto los métodos más modernos de investigación como las técnicas más antiguas para resolver todo tipo de crímenes. Lo importante es averiguar cómo se cometió un delito para poder descifrar todas sus claves y encontrar a los culpables.
Todo ello en una ciudad como Miami, conocida por algunos como el norte de Cuba, un lugar donde las culturas se entrecruzan en medio de un clima tropical que favorece que las pasiones se desaten, y que los instintos más bajos del ser humano den lugar a los más horribles crímenes. Y es cada vez que esto sucede cuando el equipo de CSI: Miami entra en acción... La pista más imperceptible o el rastro más difuso, por nimios que sean, bastarán para que este conjunto de investigadores den con el criminal y hagan que éste acabe entre rejas. Pero la serie también se centra en las vidas de sus protagonistas, que a veces se ven sometidos a sus propios impulsos e instintos que, más de una vez les complicarán seriamente la vida.