Ein Stilmittel der Serie ist visuelle Umsetzung der Spuren- und Beweissicherung bis ins mikroskopische kleinste Detail. Ein visueller Effekt ist z. B. die Darstellung einer Kugel, die in Zeitlupe durch den Raum fliegt, oder das Verhaltens menschlichen Gewebes auf Zellebene unter bestimmten Bedinungen.

Hauptfiguren

Dr. Gilbert Grissom: Von seinen Kollegen auch Gil genannt, ist der Chef der Nachtschicht beim Las Vegas Crime Lab. Er ist ein hervorragender Tatortermittler und leitet sein Team mit viel Engagement. In Gils Leben steht sein Job immer an erster Stelle. Obwohl er ein sehr sympathischer Mann ist und es sogar ein Teammitglied gibt, das in ihm mehr als nur einen Vorgesetzten sieht, kommt sein Privatleben meist zu kurz. Seine Mutter war taub, weshalb er die Gebärdensprache beherrscht. Als er neun Jahre alt war, starb sein Vater, der nach der Arbeit auf dem Sofa einschlief und nicht mehr erwachte. Gil war der jüngste Coroner der Stadt Los Angeles. Er hat Biologie studiert und sein Hobby ist die Entomologie. Außerdem fährt er gerne Achterbahn. In der 10. Folge der 9. Staffel steigt der Grissom-Darsteller William Petersen als Schauspieler aus, wird der Serie aber weiterhin als Executive Producer erhalten bleiben.

Catherine Willows: Ist nach Gil Grissom die Dienstälteste und sehnt sich nach einer leitenden Position beim CSI. Sie ist alleinerziehende Mutter. Ihr Ex-Mann kommt in der dritten Staffel gewaltsam ums Leben, doch ist es Catherine bis jetzt nicht möglich gewesen, den Täter zu überführen. Besonders ihre Tochter leidet sehr darunter, dass ihr eine Vaterfigur fehlt, was die Beziehung zwischen ihr und ihrer Mutter belastet. Bevor Catherine beim CSI anfing, arbeitete sie als erotische Tänzerin in Las Vegas, um ihren Mann und ihre Tochter zu ernähren. Catherine hat eine sehr gute Beziehung zu dem Casinoboss Sam Braun, der, wie sie in der 3. Staffel erfährt, ihr Vater ist. Sie versucht stets, Berufs- und Privatleben unter einen Hut zu bringen, was ihr nicht immer gelingt. Bei ihren Fällen hört sie häufig auf ihren Instinkt und nicht nur auf die Fakten, dies führt immer wieder zu Kontroversen mit Grissom. Des Weiteren scheint sie ein wenig eifersüchtig, als sie von Warricks plötzlicher Hochzeit erfährt, nachdem es in einigen vorherigen Episoden zwischen den beiden zu Situationen gekommen war, die auf ein Näherkommen der beiden hätte hinführen können. Nachdem Grissom das CSI verlässt, wird sie die neue Supervisorin.

Sara Sidle: Ist eine alte Bekannte von Grissom, die er aus San Francisco herbittet, nachdem Holly Gribbs ermordet wurde, um das Team zu verstärken. Sie stammt aus schwierigen Familienverhältnissen. Ihr Vater, ein Alkoholiker, misshandelte ihre Mutter, die ihn deshalb eines Tages erstach. Sara und ihr Bruder verbrachten daraufhin den Rest ihrer Jugend in Pflegeheimen. Dennoch schaffte es Sara, an der Harvard University In der 9. Staffel ist Jorja Fox in einigen Episoden nochmal als Gastdarstellerin zu sehen, nachdem Warrick Brown getötet wurde. abzuschließen. Sie ist sehr ehrgeizig und lebt fast nur für ihren Job, ähnlich wie Grissom. Zu ihm fühlt sich Sara hingezogen und macht ihm auch konkrete Avancen, doch er blockt immer wieder ab. Er ist der einzige ihrer Kollegen, der weiß, welche Tragödie sich in ihrer Kindheit abgespielt hat. Während der Serie entwickelt sie ein beginnendes Alkoholproblem, weshalb Grissom ihr rät, eine Auszeit zu nehmen. Nach ihrer Rückkehr geht es ihr deutlich besser. Sidle beginnt in der 7. Staffel eine romantische Beziehung mit Gil Grissom welche Gil Grissom gestehen muss, als sie am Ende der 7. Staffel entführt wird. Sie wird dann in der ersten Episode der achten Staffel gefunden, aber in der siebten Episode verlässt sie für unbestimmte Zeit das CSI-Team.

Warrick Brown: Ist ein engagierter Tatortermittler und der einzige im Team, der in Las Vegas geboren und aufgewachsen ist. Zu Beginn der Serie leidet er unter Spielsucht, wodurch er erpressbar wird. Als er einen Fall so manipulieren soll, dass ein schuldiger Vergewaltiger frei kommt, wendet er sich an Grissom, der ihm hilft, dieses Problem ein für alle Mal zu bewältigen. Seit jenem Tag widersteht Warrick fast immer den Verlockungen des Glücksspiels. Da durch seine damalige Fahrlässigkeit eine Kollegin ermordet wurde (Holly Gribbs), hat er sich verändert und ist vorsichtiger geworden. Wenn ihn ein Fall sehr belastet und er kurz davor steht rückfällig zu werden, steht ihm sein Kollege und bester Freund Nick zur Seite und hält ihn davon ab, einen Fehler zu begehen. Zu Beginn der 6. Staffel heiratet er, überraschend und ohne es irgendjemandem zu erzählen, seine Freundin Tina, eine Krankenschwester. In der zweiten Episode der achten Staffel scheiden sie sich und in der ersten Episode der neunten Staffel findet das Team heraus, dass er Vater eines Sohnes geworden ist. Er wird in der letzten Folge der achten Staffel von dem korrupten Under Sheriff McKeen niedergeschossen und stirbt in der ersten Episode der neunten Staffel.

Nicolas „Nick“ Stokes: Ist, wie seine Kollegen, ein passionierter Ermittler. Zu Beginn der Serie herrscht ein starkes Konkurrenzdenken zwischen ihm und Warrick, doch schnell werden die beiden zu besten Freunden. Nick stammt ursprünglich aus Texas, wo sein Vater, ein Richter, und seine Mutter, eine Anwältin, immer noch leben. Er ist das Jüngste von sieben Kindern. Im Laufe der Serie gerät Nick wiederholt in traumatische Situationen, so wird er zum Beispiel in der zweiten Staffel von einem Stalker bedroht. Zudem wird er im Finale der fünften Staffel (der von Quentin Tarantino inszenierten Doppelfolge Grabesstille) entführt, lebendig begraben und im Laufe der Folge von Feuerameisen angegriffen. Auch in seiner Kindheit, im Alter von neun Jahren, hat er Belastendes erleben müssen, als er von seiner Babysitterin missbraucht wurde.

Captain James „Jim“ Brass: Ist Captain beim Las Vegas Police Departement. Er kam 1988 nach Las Vegas war vor seiner Zeit als Detective ebenfalls beim CSI tätig und nicht gerade erfreut, als er beim CSI aufhören musste, um zur Mordkommission zu wechseln. Er ist geschieden und hat eine Tochter, Ellie (Jersey), die allerdings auf die „schiefe Bahn“ geraten ist und in L.A. als Prostituierte arbeitet. Sie ist nicht seine leibliche Tochter, sondern entstammt einer Affäre seiner toten Exfrau, mit der er vor seiner Zeit in Vegas bei der Polizei in New Jersey arbeitete.

Greg Sanders: Ist für die DNA-Analysen im CSI-Labor zuständig und der etwas schräge Witzbold der Truppe. Er wünscht sich nichts mehr, als aus dem Labor heraus in den Außendienst versetzt zu werden, was in der fünften Staffel passiert. Seit diesem Zeitpunkt gibt er sich deutlich seriöser, er trägt weniger ausgeflippte Kleidung und verhält sich auch sonst ruhiger. Er hat ein Diplom als Chemiker der Stanford University.

Dr. Albert Robbins: Ist der zuständige Gerichtsmediziner, der bei jedem Mord die Leiche untersucht. Er ist eine ganze Generation älter als die meisten und wird stets respektvoll behandelt und zum Team gezählt.

David Hodges: Ist als Labortechniker, wie Greg, für die DNA-Analysen und andere Dinge verantwortlich. Er ist etwas exzentrisch und macht trotz allem einen guten Job.

David Phillips: Ist der Pathologe am Tatort und führt manchmal auch Autopsien durch, wenn Doc Robbins keine Zeit hat.

Riley Adams: Sie kommt als Nachfolgerin für Warrick Brown am Anfang der neuen Staffel zum Team. Anfangs muss sie noch darum kämpfen, ins Team integriert zu werden, da das Team noch um Warrick trauert.

Dr. Raymond Langston: Ist schon in der 9. Episode der 9. Staffel zu sehen. Er führt dabei ein Seminar um einen Serienmörder. Nachdem er am Ende der 10. Episode dann aber sieht, dass er nicht dafür geschaffen ist Personen zu unterrichten bietet ihm Grissom einen Job beim CSI an, da demnächst ein Platz frei würde. Nachdem Grissom dann das CSI verlässt, kommt Langston als neues Mitglied ins Team. Er ist am Anfang ziemlich unerfahren und kann zum Beispiel einen Fingerabdruck nicht richtig sichern. Aber im Laufe der 11. Episode gelingt es ihm, sich besser in das Team zu integrieren.