『어린이 과학 형사대 CSI ⑩』에서는 마지막 학기를 보낸 주인공들이 겨울 방학을 맞이하고 졸업하기까지의 과정을 그리게 됩니다. 주인공들이 설명하는 ‘사건 해결의 열쇠’로 사건을 해결하는 데 쓰인, 교과서에서 배우는 과학 원리를 자세히 알게 되지요. 이야기가 다 끝난 다음에는 어린이 과학 형사대와 함께 하는, 과학 원리를 확실하게 알 수 있는 간단한 놀이가 펼쳐집니다.
마지막 학기를 보내고 겨울 방학을 맞이한 ‘어린이 과학 형사대 CSI’ 대원들. 아이들의 미래에 대한 고민은 깊어만 갑니다. 그런 아이들에게 마지막 추억을 남길 졸업 여행이 시작됩니다. 7박 8일, 해남 땅끝 마을에서 고성 통일 전망대까지 장장 700km에 이르는 험난한 국토 순례 자전거 여행! 졸업 여행인지 고생길인지, 아이들의 겨울 방학은 그렇게 시작됩니다.

졸업 여행을 본격적으로 시작하기 전날, 아이들과 어 형사는 해남 바닷가에 있는 후배 수리네 마을에서 하룻밤 묵게 됩니다. 그런데 수리의 친구 혜진이가 사건을 의뢰합니다. 아궁이에 땐 장작의 불완전 연소로 인한 일산화탄소 중독으로 혼수상태에 빠진 남자. 피해자의 친구인 집주인이 살해 혐의자로 잡혀간 것입니다. 아이들은 사건 현장을 자세히 관찰하여 사건을 해결하고, 진정한 우정에 대해 생각하게 됩니다.
사건을 해결했다는 뿌듯함도 잠시, 본격적으로 시작된 겨울 자전거 여행은 고생 그 자체입니다. 그러던 중 들르게 된 절 ‘신비사’. 아이들은 눈물을 흘리는 비석에 대한 이야기를 듣고 관심을 가지던 중 신비사 근처의 날씨를 관찰하고는 이 비석의 눈물이 사기임을 밝혀냅니다. 그리고 설악산 근처 산골 마을에서 일어난 눈 오는 날의 살인 사건을 해결하면서 국토 순례인지 사건 순례인지 모르게 된 졸업 여행을 무사히 마무리합니다.

졸업 여행을 마친 아이들에게 정 형사가 처음으로 사건 해결을 부탁합니다. 추운 날에 일어난 어느 노숙자의 수상한 죽음. 아이들은 가족과 사회로부터 버림받아 누구도 관심을 두지 않는 그의 죽음의 원인을 밝혀내면서, 더불어 살아가는 사회에 대해 많은 것을 느낍니다.
그리고 시간이 흘러 드디어 졸업 시험! 최고의 집중력을 발휘해 시험을 치르고 나사가 확 풀린 CSI에게 날벼락 같은 사건이 발생했습니다. 바로 아이들에 의해 붙잡힐 위기에 처한 조직 폭력배 ‘서당파’의 두목 이서방이 박 교장을 붙잡아 가고 어린이 형사 학교에 시한폭탄을 설치한 것입니다. 그리고 아이들을 가지고 놀듯 단서를 남겨 놓는데……. 과연 아이들은 시한폭탄을 찾아서 학교를 구할 수 있을까요? 그리고 무사히 졸업할 수 있을까요? ‘어린이 과학 형사대 CSI’, 마지막까지 긴장을 늦출 수 없는 이야기가 펼쳐집니다.