마리는 하성재가 가져온 증거물로 오지만이 엄마 뺑소니 사건의 범인이라는 사실을 알게 되고, 마침내 오지만을 체포하자 그간의 슬픔과 아픔을 털어냅니다. 그렇게 과거의 사건이 마무리된 듯 보였지만 아이들은 인천 월향도에서 하성재가 두목 행세를 하는 모습을 발견한 뒤 수상한 낌새를 느낍니다. 한편 오지만을 잡고도 왠지 모를 헛헛한 기분에 뒤척이던 마리는 문득 차원이가 보고 싶다고 생각하고, 차원이와 태산이는 어느새 마음이 잘 맞는 친구 사이가 된 걸 깨닫는 등 함께 성장하며 우정을 키워 가는 CSI의 이야기가 그려집니다.

사건 1 기억을 되살려라! 핵심 과학 원리 : 뇌와 기억
한밤중 골목길에서 20대 여성이 강도를 당하고 다치는 사건이 발생합니다. 아이들은 피해자가 진술한 범인의 인상착의를 토대로 몽타주를 작성해 수사하지만 범인의 행방은 오리무중. 결국 아이들은 처음으로 사건에서 손을 떼야 할 위기에 처합니다. 그때 마침 중국집 종업원이 수상한 사람을 봤지만 몽타주와는 전혀 다른 얼굴이었다고 합니다. 그날 저녁 뇌와 기억에 대해 잘 아는 마리가 최면 수사를 제안하고, 피해자가 공포심 때문에 범인의 얼굴을 실제보다 더 흉악스럽게 기억하고 있어 범인과 몽타주가 달랐다는 사실을 알아냅니다.

사건 2 수상한 도둑들 핵심 과학 원리 : 석회암과 석회 동굴
마침내 시작된 겨울 방학. 형사 학교 선생님들과 아이들은 스키장으로 여행을 떠납니다. 그러나 다음 날 어 교감은 갑작스레 강원도 정선 산골로 아이들을 데려가더니 폭설로 꼼짝도 못하게 된 할아버지와 할머니를 도와드리는 봉사 활동을 하자고 합니다. 민박집에서 묵던 아이들은 헬멧이나 장화, 손전등 등을 갖고 다니는 두 남자를 보고 수상히 여기던 차에 남자들이 아이들이 형사라는 사실을 알자마자 사라져 버리자 더욱 의심합니다. 결국 하수는 두 남자가 석회 동굴에서 동굴 생성물을 몰래 훔치는 도둑이라는 걸 알아냅니다.

사건 3 친구인지, 아닌지 핵심 과학 원리 : 물의 압력과 힘
어느 날 한 청소업체 사무실에서 박두식 사장이 온몸이 젖은 채 장 파열로 사망한 사건이 발생합니다. 신고자는 박두식의 친구이자 청소업체에서 일하는 길용민. 아이들은 목격자 진술과 탐문 수사 끝에 전날 박 사장이 또 다른 직원과 술을 마시다 헤어졌고, 평소 버릇대로 사무실로 와 잤다는 걸 알아냅니다. 장 파열을 일으킨 원인이 폭행인지 시비로 인한 싸움인지를 알아내기 위해 수사하던 중 길용민의 수상한 행적을 발견하고, 길용민이 박두식에게 고압 세척기로 물을 쐈다는 사실을 밝혀냅니다.

사건 4 볼펜의 흔적 핵심 과학 원리 : 액체의 성질
별이가 광고하던 화장품에서 중금속이 검출되고 회사의 사장이 자살하는 사건이 발생합니다. 아이들은 별이의 요청에 따라 수사에 나서고 화장품을 개발한 엄찬수를 찾아갑니다. 엄찬수 집에서 물파스와 세탁한 셔츠를 발견한 차원이는 사망한 사장의 셔츠에 볼펜 자국이 있었던 걸 떠올립니다. 그리고 엄찬수가 자신의 셔츠에 묻은 볼펜 자국을 같은 비극성 용매인 알코올이 포함된 물파스로 지운 것이라고 추리합니다. 그러자 엄찬수는 결국 그날 밤 사장을 만나러 갔다 몸싸움을 하게 됐다는 사실을 고백하고, 사건의 전말을 털어놓습니다.