시즌 8은 시즌 7의 피날레 에피소드였던 사라 사이들이 복수심에 불탄 연쇄 살인범에 의해 공격을 받는 것으로 시작된다. 사라가 사막 한 가운데의 차 안에서 미동도 없이 숨어있는 동안, CSI 요원들은 연쇄살인범이 남긴 신호만을 근거로 그녀를 구하기 위해 전력을 다한다. 일련의 사건들은 라스베가스와 CSI 대원들을 모두 긴장으로 몰아넣고 냉철한 길 그리섬마저 사라와의 비밀스러운 관계를 털어놓게 만든다.

과연 사라는 살아남을 것일까?

다른 팀원들은 자신들의 벗어나기 힘든 과거와 직면해야 한다. 섹시한 캐서린 윌로우스는 그녀 아버지와의 호텔 프로젝트와 관련되면서 새로운 국면을 맞이한다. 한편 워릭 브라운은 라스베가스에 얽힌 잊기 힘든 기억들에 시달린다. 그리섬은 시즌 첫 에피소드에서 벌에 관한 전염병을 조사하게 되고 닉 스트로크는 가족의 화합을 위해 노력한다.

이번 시즌에서도 CSI팀에 새로운 전문가들이 영입된다. 에너지와 열정으로 가득찼지만 경험이 부족한 새내기의 활약도 기대된다.

이번 시즌에서도 과학수사대 팀원들은 라스베가스의 범죄와의 전쟁에서 살아남을 것인가? 아니면 일련의 상황 속에서 그들을 해체되고 말 것인가? 시즌 8 방송에서 이 모든 것이 방송된다.