Le corps d'une jeune femme est retrouvé au fond d'un fossé, dans les bois de San Benito, petite bourgade de la côte californienne. L'inspecteur Cassie Mayweather (Sandra Bullock), vétéran de la police criminelle et spécialiste des "scènes de crimes", et son nouveau co-équipier, Sam Kennedy (Ben Chaplin), sont chargés de l'enquête.

Les deux inspecteurs passent au crible une série d'indices microscopiques, qui semblent indiquer un acte de violence aveugle. Mais Cassie a l'intuition que ce meurtre pourrait bien cacher quelque chose. Certains détails lui rappellent une affaire lointaine, sur laquelle elle eut à témoigner, et l'incitent à faire un retour sur son passé.

Cassie s'investit corps et âmes dans la résolution de l'énigme. Elle recueille et analyse avec persévérance les moindres traces laissées par le coupable et réussit, à partir de ces maigres indices, à se forger une image du tueur. Sam, son jeune partenaire, se montre aussi intelligent que zélé. Sa patience et sa bienveillance foncière compensent l'esprit acéré et l'humour cassant de son mentor. Sam paraît heureux de travailler avec une femme aussi brillante que Cassie, et ne se soucie guère qu'elle ait eu des rapports houleux avec ses coéquipiers antérieurs…