La série Bones est inspirée de la vie du médecin legiste et écrivain Kathy Reichs. On y suit le docteur Temperance Brennan (Emily Deschanel), médecin legiste qui travaille au Jeffersonian Institution et qui écrit dans le même temps des romans. Elle a l'étrange capacité de pouvoir lire des indices dans les os de victimes humaines. De ce fait, les autorités lui ont demandé d'assister des enquêtes policières dans lesquelles les corps des vicitimes sont si décomposés qu'il est impossible d'utiliser des méthodes traditionnelles pour l'identification.
Brennan est entourée de collègues tout aussi brillants, la très pragmatique Angela Montenegro (Michaela Conlin) qui a créé un logiciel permettant de rendre compte de la scène du crime en trois dimensions d'une façon incroyablement réaliste, son assistant Zack Addy (Eric Millegan), un jeune prodige qui un QI qui lui permet de mener plusieurs doctorats dans le même temps, et le docteur Daniel Goodman (Jonathan Adman, vu dans Mes plus belles années).
Brennan a souvent l'occasion de faire équipe avec l'agent spécial Seeley Booth (David Boreanaz, vu dans Angel), un ancien tireur d'élite dans l'armée qui fait très peu confiance aux scientifiques lorsqu'il s'agit de résoudre des crimes. Mais malgré leurs différences, Brennan et Booth travaillent d'une façon particulièrement efficace quand ils sont ensemble.