Cette série est inspirée de la vie du célébre antropologue judiciaie et écrivain Kathy Reichs (la créatrice de la série). Temperance Brennan est l'héroïne de ses livres.

On peut y suivre le Dr Temperance Brennan (Emily Deschanel), anthropologue 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, tous aussi doués qu'elle : Angela Montenegro (Michaela Conlin) infographiste et meilleure amie du Dr Brennan, qui a créé un logiciel permettant de refaire en trois dimensions le visage et le corps des victimes, "l'Angelator". Jack Hodgins (T.J. Thynes), entomologiste, fils de milliardaire et donateur de l'Institut Jefferson, râleur, sarcastique, et il croit en la thèse du "complot général". Zack Addy (Eric Millegan), ancien stagiaire, a été engagé après avoir obtenu son diplôme; il sera l'assistant du Dr Brennan. Il a un QI très élevé. Daniel Goodman (Jonathan Adman), qui sera remplacé par Camille Saroyan (Tamara Taylor).


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 et ont autant de rapports conflictuels que complices.