Cette série est inspirée de la vie du médecin légiste et écrivain Kathy Reichs (la créatrice de la série). On peut y suivre le docteur Temperance Brenan (Emily Deschanel), médecin légiste qui travaille au Jeffersonian Institution et qui écrit de temps en temps des romans. Elle est très forte dans son domaine et arrive à trouver des indices dans et sur les os de victimes humaines. C'est pour cela que le FBI lui demande de participer à certaines enquêtes policières.
Brennan est entourée de ses collègues, tout aussi doués qu'elle : Angela Montenegro (Michaela Conlin) qui a créé un logiciel permettant de refaire en trois dimension le visage et le corps des victimes, Zack Addy (Eric Millegan) un jeune génie et Daniel Goodman (Jonathan Adman).
Dans ses enquêtes policières, Brennan fait équipe avec l'agent spécial Seeley Booth (David Boreanaz), un ancien tireur d'élite de l'armée qui fait plus confiance à son instinct qu'aux scientifiques.
Mais malgré toutes leurs différences, Brennan et Booth travaillent particulièrement bien ensemble.