La dottoressa Temperance Brennan è un'antropologa eccezionale, di fama riconosciuta, che lavora con il suo staff nel "Jeffersonian Institute", una ragazza molto intelligente, ma decisamente asociale e goffa nelle relazioni interpersonali; è proprio per la sua eccezionale devozione al lavoro che Temperance viene contattata dall'FBI per aiutare un loro agente, Seeley Booth, a risolvere un caso di omicidio il cui unico indizio è lo scheletro della vittima. Grazie al suo brillante intuito ed alla sua precisione assoluta, Temperance aiuta Seeley a risolvere il caso (non prima di essersi guadagnata da quest'ultimo il soprannome di "Bones", ossa per l'appunto, da cui deriva il nome della serie), ma non sarà la loro unica collaborazione; proprio grazie all'eccezionale affiatamento dimostrato dai due, l'FBI decide che l'agente Booth ricorra più volte all'aiuto della dottoressa Brennan per risolvere i casi più difficili e per i due l'esperienza sarà, oltre che una strepitosa collaborazione di lavoro, anche un vero e proprio viaggio di vita dove ognuno, tra un caso e l'altro, imparerà un po' dall'altro.
Booth e Brennan si trova in Inghilterra, il primo per partecipare a una conferenza a Scotland Yard come oratore, mentre Bones è stata invitata alla prestigiosa Università di Oxoford. Conoscendo le capacità professionali di entrambi, le autorità locali chiedono una consulenza sul caso di un omicidio che coinvolge una famosa ereditiera Americana.
Booth e Brennan si trova in Inghilterra, il primo per partecipare a una conferenza a Scotland Yard come oratore, mentre Bones è stata invitata alla prestigiosa Università di Oxoford. Conoscendo le capacità professionali di entrambi, le autorità locali chiedono una consulenza sul caso di un omicidio che coinvolge una famosa ereditiera Americana.
Il corpo di un noto conduttore televisivo di reality show viene ritrovato parzialmente decomposto. Booth e Brennan si occupano delle indagini; nel frattempo Booth scopre che Bones si sta destreggiando tra due relazioni...
Il figlio di Booth, Parker, scopre un dito umano nel nido di un uccellino. La squadra rintraccia il cadavere a cui appartiene il dito ritrovato e scoprono che la vittima è stata uccisa da un cane. Le indagini portano alla scoperta di un ring illegale di lotta canina.
Un cadavere smembrato e senza testa viene ritrovato in una strana pozza d'acqua color porpora. La squadra si mette al lavoro per cercare indizi per localizzare il killer, ricevendo aiuto da Zack che sta studiando il caso dall'ospedale psichiatrico.
Il corpo di una donna viene ritrovato nella colonna dell'ascensore di un edificio. La vittima è Patty, una severa capo ufficio. Un collega è l'assassino…
Brennan e Booth indagano su un cadavere ritrovato durante un'esercitazione della polizia. All'inizio, il corpo sembra appartenere a un certo Jim Stegman...
Max, il padre di Brennan, ottiene un posto da insegnante al Jeffersonian. Quando l'uomo partecipa alle indagini su un caso di omicidio, Brennan scopre di essere infastidita dalla presenza del padre nella sua vita professionale.
Booth e Bones indagano sotto copertura in un circo per scoprire chi ha assassinato due gemelle siamesi che hanno lavorato presso lo spettacolo ambulante prima di essere assassinate.
Un vigile del fuoco viene assassinato nei pressi di un'arena di hockey. Booth non può seguire le indagini in quanto sospettato e Brennan lavora con una nuova partner inviata dall'FBI.
Alcune prove sono scomparse dal fascicolo sul Becchino e Brennan e Hodgins sono sospettati di averle sottratte. La situazione precipita quando Booth viene rapito dal Becchino e per liberarlo vuole tutte le prove a suo carico. Mentre la squadra fa di tutto per salvarlo, Booth non rimane con le mani in mano e grazie a un amico del suo passato riesce a sconfiggere il piano del Becchino.
La squadra indaga sull'omicidio di una donna trovata morta vestita da principessa medievale a una convention sci-fi. Booth ha problemi alla schiena e Brennan si ritrova in coppia con l'Agente Payton Perrotta.
La squadra ha soltanto poco tempo a disposizione per scoprire cosa è accaduto ad un venditore d'auto assassinato prima che le sue ossa si disintegrino completamente.
Brennan e Booth indagano sulla morte di una ragazza di 16 anni incinta che è stata trovata sepolta in un mucchio di sale da strada. Durante le indagini, mettono in luce un patto esistente tra la vittima ed alcune delle compagne della squadra di pallavolo.
La squadra indaga sull'omicidio dell'ex di Cam, il cui corpo è stato trovato nella gabbia della tigre allo zoo. Sweets ed Angela ipnotizzano uno dei sospetti dell'omicidio.
La squadra viene condotta in un conosciuto centro di ricerca scientifica dopo la scoperta di un pezzo di meteorite nell'orecchio di una vittima i cui resti polverizzati vengono rinvenuti tra la spazzatura. Nel frattempo, il padre di Angela ritorna alla ricerca di vendetta su Hodgins.
Un corpo femminile viene rinvenuto in un centro di riciclaggio e la squadra del Jeffersionian viene chiamata ad indagare. Nel frattempo Booth e Brennan si imbattono nella ragazza di Sweets che si trova in un negozio di abiti nuziali con un altro uomo.
Brennan e Booth indagano nel mondo della death metal music per scoprire chi ha ucciso un bassista di una band, il cui scheletro è stato usato come oggetto di scena da un'altra metal band. Nel frattempo Sweets sta lavorando al libro su Bones e Booth e chiede consiglio al Dottor Gordon Wyatt su qualche spunto narrativo.
Un impiegato del museo muore per infarto cardiaco. Mentre si trovano alla veglia, Brennan osserva il corpo e si convince che la morte non sia stata accidentale bensì causata da qualcuno. Convince Booth a rubare il corpo per poterlo esaminare meglio e uno strano mistero si dipana durante le indagini.
Brennan e Booth indagano sulla sparizione della sorella del detective Ken, un amico di Seeley. Purtroppo il ritrovamento della sua testa amputata conferma l'ipotesi di omicidio e i tre si mettono sulle tracce del killer.
La squadra indaga sul caso du un ragazzo, Beaver, appartenente a una confraterninta, ritrovato morto nell'uniforme della mascot di una scuola rivale. Nel frattempo Booth aiuta Jared a trovare un nuovo lavoro.
Temperance decide di voler avere un bambino e chiede a Booth di essere il padre. Seeley rimane scioccato dalla proposta e lo stress dell'emozione, legato a un problema di salute non diagnosticato, gli causa delle allucinazioni in cui si trova a parlare con Stewie, il perfido neonato di una nota serie a cartoni animati, I Griffin.
Nel finale di stagione, il team indaga su un corpo ritrovato in un famoso nightclub chiamato il Laboratorio. Le indagini prendono una piega insolita e la squadra del Jeffersonian si ritrova a investigare nei panni dello staff del club e come ufficiali di polizia.
