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Il futuro di Folsom è appeso ad un filo mentre la squadra dei CSI, dopo averlo arrestato per l’omicidio di Kahn, l’uomo che ha ucciso sua madre Jeannette, mette in dubbio la sua innocenza impegnandosi comunque a scagionarlo e a individuare il vero assassino. Trey, coinvolto tanto quanto Folsom nell'intera faccenda, sparisce nel nulla. Rimossa dal caso la detective Chavez è determinata ad aiutare i tecnici del laboratorio, si reca in carcere per parlargli ma lui non sembra intenzionato a provare a difendersi. A offrire supporto e vicinanza a Josh è Allie, promossa da Max a supervisore del turno di giorno, la quale crede fermamente che non sia stato lui a uccidere Kahn. Chavez riesce a rintracciare Trey e gli chiede di aiutare Folsom, nel corso dei rispettivi interrogatori si proteggono a vicenda, rendendo la situazione più complicata.

Catherine vuole chiudere i conti con il narcotrafficante Raphael Tarquenio e un ricordo risalente ad un caso di cinque anni prima potrebbe essere l'unico indizio per incastrarlo. Nel frattempo, Folsom viene assolto da tutte le accuse e rilasciato. Tuttavia, la detective Nora Cross degli Affari Interni si presenta al laboratorio per approfondire le sue azioni discutibili. Sbirciando un post-it nel taccuino della donna, Folsom intuisce che lei e Serena si conoscono e ne parla con Allie: quest'ultima affronta Chavez, la quale ammette la conoscenza e che l'anno precedente è stata proprio Cross a mandarla al CSI per supervisionare l'operato dei tecnici a seguito del caso Hodges. Allie è arrabbiata e le concede un giorno per rivelarlo a Josh, altrimenti lo farà lei stessa. Serena va a casa di Folsom e gli confessa che il proprio trasferimento non è stato casuale, bensì era stata assegnata lì da Cross.

La squadra indaga sul duplice omicidio di due imitatori di celebrità, rinvenuti decomposti all'interno di un muro. I primi sospettati risultano essere gli altri membri dell'agenzia che fornisce "fake star" a basso costo. Nel frattempo, davanti alla Commissione che deve valutare il comportamento di Folsom, inizialmente Max non prende le sue difese, ma al momento del verdetto si alza definendolo il miglior CSI con cui abbia mai lavorato e quello su cui ha sempre potuto contare. La Commissione decide di sospenderlo per un mese senza stipendio, mentre Max gli consente di rientrare in laboratorio declassandolo però a CSI di livello 1; lui è grato dell'opportunità, la ringrazia e le promette che non la deluderà.

Max e la sua squadra danno la caccia a un cannibale. Allie resta intrappolata nel sotterraneo di un ospedale in disuso dopo il crollo del soffitto. Folsom mantiene il contatto con lei cercando di farle risparmiare energie in attesa dei soccorsi, mentre Catherine e Beau cominciano a manifestare dei seri problemi di coppia.

In una fabbrica viene trovato un uomo senza vita. Max e i suoi CSI cercano di scoprire se l'assassino è un robot o un essere umano. Sul cadavere viene rinvenuto un frammento di vetro, Folsom cerca disperatamente di trovare una spiegazione.

I corpi senza vita di un padre e un figlio vengono rinvenuti nella loro abitazione in seguito a quella che sembra essere un'inspiegabile fuga di radiazioni.

Due uomini vengono rinvenuti senza vita in circostanze molto sospette. Seppure le modalità siano decisamente differenti, uno in una sauna e l'altro in un bosco, la coincidenza è che le due vittime si conoscevano.

La squadra è sulle tracce di un bizzarro assassino che si dedica a macabre sculture. Chris suggerisce a Beau di mettere in relazione gli omicidi con le vernici utilizzate per abbellire queste assurde opere d'arte.

Per la prima volta Penny dirige un caso di omicidio, un caso alquanto complicato dal momento che la vittima a cui hanno sparato ha solo il foro di uscita ma non quello di entrata.

La squadra della Scientifica deve identificare velocemente l'agente nervino che ha reso incosciente Chris. Nel frattempo, Folsom e Allie si addentrano in un pericoloso tunnel sotterraneo alla ricerca di Max.