Une experte en anthropologie, Temperance Brennan, et son équipe à l'institut Jefferson (une allusion au Smithsonian Institution) est appelée à travailler en collaboration avec le FBI dans le cadre d'enquêtes criminelles, lorsque les méthodes classiques d'identification des corps ont échoué. Temperance travaille à partir des squelettes (d'où son surnom éponyme de la série : Bones, qui signifie « ossements », en anglais).

Celle-ci est épaulée par un agent du FBI, Seeley Booth, avec lequel elle entretient des rapports tantôt conflictuels, tantôt complices voire plus. Elle s'appuie également sur son équipe de scientifiques : Angela Monténégro, sa meilleure amie, qui a inventé un logiciel pour reconstituer une scène de crime en images tridimensionnelles ; le Dr Jack Hodgins, expert en insectes, spores et minéraux ainsi que de son assistant, Zack Addy, jeune surdoué.

カム所長が抱え込んだ事件を解決するために、離れ離れになったチームが再びワシントンD.C.に集結する。ブースは戦地アフガニスタンで美人テレビレポーターのハンナと恋に落ち、真剣な交際をスタートさせ、ブレナンとの関係に変化が。まわりの人たちが次々と幸せを掴んで行く中で、もともと人付き合いが苦手なブレナンはより一層孤独を感じる様になる。

Después de una muy deseada pausa, la forense antropóloga Dra. Temperance Brennan (Emily Deschanel) y el agente especial del FBI Seeley Booth (David Boreanaz) regresan al instituto Jeffersonian, junto con su equipo de investigadores para traernos una nueva temporada de misterio, asesinatos, controvers ay ¡química!. Además de ver las crisis personales, desde el embarazo secreto de Ángela a la nueva relación de Booth con una atractiva reportera, el equipo se enfrenta a un gran número de casos horribles como el misterio del Chupacabras, un viaje a la costa de Jersey, el retorno definitivo de Gravedigger, y un vigilante francotirador fatalmente relacionado con el pasado de Booth.