Cette série raconte les aventures d’une experte anthropologue, Temperance Brennan, et de son équipe à l’institut Jeffersonian (une allusion au Smithsonian Institution). Elle est appelée à travailler en collaboration avec le FBI dans le cadre d’enquêtes criminelles, où les méthodes classiques d’identification des corps ont échouées. Temperance travaille à partir des squelettes (d’où son surnom éponyme de la série : « Bones » qui signifie « ossements » en anglais).

L’héroïne est secondée par un agent du FBI, Seeley Booth, avec lequel elle entretient des rapports tantôt conflictuels, tantôt complices. Elle s’appuie également sur une équipe de scientifiques qui sont autant de personnages secondaires : Angela Montenegro, la meilleure amie de Brennan, qui a inventé un logiciel pour reconstituer une scène de crime en images trois dimensions ; l’assistant de Brennan, Zack Addy, jeune surdoué ; et le Dr Jack Hodgins, expert en insectes, spores et minéraux.

Pour la seconde saison arrive un nouveau personnage, une femme, le Dr Camille Saroyan, expert légiste, qui n’est autre qu’une ancienne petite amie de Booth, mais qui sera surtout la supérieure hiérarchique de Brennan.

Lors de la troisième saison, c’est au tour du Docteur Lance Sweets, jeune psychologue qui collabore avec Booth sur les techniques d’interrogatoire et de profilage, de faire son apparition. C’est aussi à la fin de cette même saison, que Zack Addy quitte l’équipe de Brennan car il aidait Gormogon (un cannibale utilisant les os de ses victimes pour reconstruire un squelette en argent comme ses ancêtres). Par la suite, Brennan essayera de trouver désespérément d’autres assistants. Mais malgré leurs efforts, elle réalise finalement que Zack est irremplaçable.

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