En la tercera temporada el espectador podrá descubrir aspectos de la vida personal de los miembros de C.S.I. El comienzo de la serie arranca con el romance de Mac con la nueva médica forense: la Dra. Peyton Driscoll (Claire Forlani). La bella, mordaz y recién incorporada médica forense, nacida en Londres, se marchó a Norteamérica a terminar sus estudios. Comenzó trabajando en el laboratorio forense como ayudante del Dr. Sheldon Hawkes durante dos años. Durante este tiempo pudo colaborar con Mac Taylor, y entre ambos ya surgió algo especial. Peyton abandonó temporalmente el laboratorio para irse al sector privado y dar clases de anatomía en la Universidad de Columbia pero este trabajo, demasiado “seguro”, le hizo volver al laboratorio poco antes de empezar esta temporada. Por otro lado existe una fuerte química entre Lindsay Monroe y Danny Messer, pero debido a un terrible suceso en el que Lindsay estuvo involucrada, en relación con un caso de asesinato, se verá incapaz de seguir adelante con esta relación. Hawkes afronta una dura temporada cuando sufre las consecuencias de una decisión profesional tomada en el pasado: envió a la cárcel al hermano de un psicópata por asesinato. Este psicópata volverá para incriminar a Hawkes pero finalmente descubrirá que su hermano era el culpable. Don Flack también tendrá problemas al descubrir que uno de sus hombres es un policía corrupto. Stella continúa recuperándose de su dramática experiencia ocurrida al final de la temporada 2 con su ex novio Frankie Mala, y que casi acaba con su vida.