El equipo neoyorquino se traslada a una afamada Ciudad de muñecas, centro al que se envían valiosos juguetes para ser reparados. En este lugar, los C.S.I. encuentran el cuerpo de un hombre cubierto con partes de muñecos.
La autopsia indica que el doctor de juguetes fue asesinado con una pieza procedente de una muñeca de porcelana. Igualmente, los investigadores descubren una característica reveladora de esta peculiar arma homicida: la muñeca tenía un sistema capaz de recordar datos. Gracias a ello, Mac y Lindsay localizan a la dueña del juguete. Del mismo modo, reuniendo piezas sueltas de muñecas encontradas en la escena del crimen, los forenses logaran conocer el secreto que encierra la misteriosa muñeca y los motivos por los que fue asesinada la víctima.
Por otra parte, Stella y Hawekes encuentran el cuerpo sin vida de una mujer joven que yace en su casa, un bonito apartamento con vistas al parque. La autopsia revela que la víctima tenía un terrible cáncer y que la enfermedad no la hubiera dejado vivir más de seis meses. Es por esto por lo que, en un primer momento, los forenses señalan al suicidio como la posible causa de muerte.
Misteriosamente, en el cuerpo de la joven había restos de arsénico y los investigadores descubren un escalofriante dato: la víctima ha estado consumiendo el veneno durante varios meses. Registrando su apartamento, los forenses encuentran esta sustancia en unas bolsitas de té. En esta investigación hay un dato que no encaja: ¿Quién y por qué querría asesinar a una enferma terminal? No obstante, un extraño hallazgo hará posible que el equipo descubra los motivos ocultos que se esconden tras esta muerte.