У тринадцятому сезоні CSI Ді Бі та Фінн розпочинають пошуки зниклої Кейтлін, а Сара переконує Ніка повернутися до криміналістичної лабораторії Лас-Вегаса. Рассел, Фінлі та їхня команда стикаються з низкою справ, які заглиблюються в моторошне, жорстоке та незвичне. Серед цих справ - перестрілка в улюбленій закусочній CSI, вбивство секс-рабині-втікачки, тіло, знайдене всередині піаніно, смерть поліцейського кінолога, похмуре розкриття масового поховання, трагічна авіакатастрофа, вбивство ведучого новин у прямому ефірі, смерть зірки тенісу, вбивство кубинської співочої сенсації, скандал з шахрайством під час покерного турніру, тіло біля лісового заповідника, вбивство мисливця за привидами, єдиний свідок - 6-річна дівчинка, а також тіло, знайдене в грязьовій ванні.
Тим часом особисте та професійне перетинаються: вбивають тренера сина Рассела, знаходять тіло на могилі Ворріка, Брасс більше дізнається про Еллі, до Лас-Вегаса приїжджає директор лабораторії поліції Нью-Йорка Мак Тейлор, Сара стає підозрюваною у вбивстві. Філліпс відвідує зустріч випускників, а розслідування серії вбивств у "Пеклі Данте" зводить криміналістів віч-на-віч із "Блек Саббат", що зрештою ставить під загрозу життя одного зі слідчих.