Le cadavre d'une femme est retrouvé deux ans après sa mort, délibérément coulé au beau milieu d'un cimetière militaire de Washington. Pour les besoins de l'enquête, l'agent Booth du FBI sollicite l'aide d'une "fouine", l'anthropologue Brennan du fameux Institut Jefferson qu'il aime surnommer "Bones". Celle-ci déclare que c'est une scène de crime. Il se trouve que la victime était la fille d'un militaire haut gradé et stagiaire dans le cabinet d'un sénateur toujours en fonction...

Lorsque Hamid Masruk, président de l'association de l'amicale arabo-américaine, meurt dans l'explosion de sa voiture faisant de nombreuses victimes aux alentours, les autorités croient à un attentat terroriste. Par conséquent, la Sécurité Intérieure s'en mêle et freine l'enquête de Booth et de Brenann, davantage orientés sur la piste d'une querelle familiale.

Le cadavre d'un collégien de 14 ans, le fils de l'ambassadeur du Vénézuela, est retrouvé mort, pendu à un arbre dans le parc de son école privée. La direction de Princeton, établissement de prestige réputé pour sa discrétion et sa garantie de sécurité, aimerait conclure à un suicide pour se disculper de toute responsabilité. Selon les premières conclusions de Brennan, aucune piste n'est à exclure, mais Booth ne croit pas au suicide.

Un bras humain est retrouvé dans l'estomac d'un ours brun. Booth et Brennan se rendent à l'autre bout du pays pour élucider l'affaire. Brennan s'aperçoit rapidement qu'il s'agit d´un crime et que le meurtrier serait en réalité un cannibale...

Le corps d´un jeune garçon est retrouvé sur un terrain vague. Booth et Brennan enquêtent pour identifier l´assassin, mais l´âge de l´enfant et le fait qu´il ait été adopté rend les choses délicates et plus compliquées que d´habitude.

De sortie en discothèque avec Angela, Brennan envoie valser un homme dans un mur qui se casse sous le choc. Stupéfaite, elle découvre derrière ce mur un corps momifié récemment. Le cadavre est celui d´un DJ en vogue qui serait mort d´overdose, mais l´enquête de Booth et Brennan démontre qu´il s´agit d´un meurtre...

Tandis que Bones tente désespéremment d´obtenir un port d´arme, la peine de mort fait débat au sein de son équipe, le jour où une avocate, amie de Booth, demande la réexamination du dossier de son client à quelques jours de son exécution. L´enquête approfondie révèle alors bien des surprises...

Le professeur d´anthropologie et ex-petit ami de Bones refait surface dans sa vie au moment où Booth demande toute son attention sur l´identification d´une femme retrouvée dans un réfrigérateur. Il semble que la visite du charmant professeur ne soit pas seulement motivée par les retrouvailles avec son élève la plus douée.

A la veille de Noël, Booth charge Brennan d´identifier un corps trouvé dans un abri souterrain et dont la mort remonte aux années 50. En auscultant un des os, qu´il ignorait contaminé par un champignon mortel, Zack déclenche l´alarme virale du centre, confinant toute l´équipe y compris Booth, à passer les fêtes en quarantaine à l´Institut Jefferson. L´occasion de s´immiscer davantage dans la vie de chacun...

Un cadavre en décomposition est retrouvé éparpillé non loin de l´aéroport de Los Angeles. La victime, une jeune femme ayant subi de nombreuses interventions chirurgicales, donne du fil à retorde à l´équipe de l´Institut. Pour les besoins de l´enquête, Brennan et Booth s´envolent vers la côte Ouest et côtoient l´univers de l´apparence et du culte de la personne.

Lorsque le corps brûlé d’une femme est retrouvé dans une voiture, un indice laisse supposer que son enfant a été kidnappé. De prime abord, Booth soupçonne le père, un ingénieur surdoué, puis se ravise lorsque celui-ci s’avère être au centre d’un programme de protection de témoin.

Booth et Bones enquêtent sur la mort suspecte d´un adolescent timide, solitaire et réfugié dans un monde de super héros. Apparemment adepte d´un groupe de jeu de rôles, le jeune homme travaillait également dans un bowling pour tenter de se socialiser.

Booth et Brennan sont appelés à enquêter sur un corps criblé de balle, trouvé dans le coffre de voiture d’un membre de gang latino. Lors de l’interrogatoire de ce dernier, une fusillade lui permet de s’échapper. Booth et Brennan suivent les preuves, qui les mènent à une tombe vide et à la demeure d’un sénateur chez qui le principal suspect avait l’habitude de travailler…

En enquêtant sur le crash d’un jet privé transportant des hommes d’affaires américains et chinois, la police trouve un sixième corps non identifié ainsi que des fragments d’os n’appartenant à aucun des passagers. Se présente un homme, Jesse Kane, qui prétend que ces os appartiennent à son père disparu. Malgré la priorité de l’enquête, Brennan décide de mener les deux recherches de front.

Alors qu’ils enquêtent sur un corps pouvant correspondre à un chef mafieux, Booth et Brennan sont également mobilisés sur des crimes en série où les victimes ont été torturées. En se rendant à un rendez-vous galant, Brennan est la cible de coups de feu, laissant à penser que l’agresseur est lié à une des deux affaires. Booth tente alors de la protéger, avant de se retrouver lui-même à l’hôpital…

Le corps d’une femme, réalisatrice de documentaire et portée disparue, est retrouvé sur son dernier lieu d’observation, dans les souterrains de Washington où vit une communauté de marginaux. Le réseau de tunnels ne semble pas être le seul abri des oubliés de la société, il recèle également un trésor inestimable, datant de la guerre de Sécession, que la jeune femme s’apprêtait justement à dévoiler au grand public…

En vacances dans le désert, Angela s’inquiète de la découverte d’un crâne. Elle demande à Brennan de venir la rejoindre pour identifier ces restes qu’elle craint appartenir à son petit-ami photographe, disparu dans le désert avec son modèle, une indienne, qui plus est demi-soeur du shérif. Booth la rejoint pour enquêter sur le meurtre.

Au fond d’un trou de forage, des ouvriers découvrent le corps d’un homme tenant dans sa main un os vieux de 300 ans. Booth et Brennan doivent identifier la victime et élucider les motifs de ce crime qui semble avoir un lien avec le trésor et la malédiction de Barbe Noire…

Après le passage du cyclone Katrina, Brennan apporte son aide pour identifier les corps déterrés. Alors qu’elle travaille sur le cas de « l’inconnu 361 », Brennan se réveille dans sa chambre, ensanglantée, le poignet cassé et sans aucun souvenir des dernières 36h… En reconstituant son emploi du temps, Brennan comprend qu’elle a probablement subit le mauvais sort d’un grigri vaudou retrouvé dans le corps de l’inconnu 361…

Venus rencontrer le Directeur du FBI pour l’entretenir d’un dossier, Brenann et Booth apprennent que sa fille Amy souffre d’un cancer très rare et sont intrigués d’en connaître les causes. Le cancer viendrait d’une greffe d’os, faite à partir d’un donneur atteint d’un cancer en phase terminale. L’équipe doit remonter la chaîne afin d’identifier le donneur, de prévenir les autres greffés et d’arrêter les auteurs de ces crimes en série…

Un corps calciné est retrouvé sur la tombe de Charlie Kent, un soldat mort en Irak. L’enquête démontre qu’il s’agit d’un meurtre et que la victime était dans la même unité que Kent. Pour reconstituer les faits, Booth et Brennan interrogent les autres membres de l’unité, et comprennent que les témoignages semblent cacher une possible bavure…

Continuant d’identifier des inconnus, Bones tombe avec stupeur sur les restes de sa mère. Soudain, le voile se lève sur le mystère de la mort de ses parents mais de nombreuses incohérences contredisent les découvertes de son équipe et notamment de Booth, qui avait constitué un dossier sur leur disparition. L’ouverture de l’enquête devenant officielle, Booth contacte le frère que Bones n’a pas revu depuis des années, Russ Brenann, pour découvrir la vérité.