Cold Case är en ny grupp inom polisen som jobbar med att lösa gamla mordfall. Med hjälp av modern teknologi undersöker de både nytt och gammalt bevismaterial i förhoppning om att det ska leda till nya spår. Teamet består av kriminalinspektör Peter Boyd, som med sina unika och inte alltid regelrätta metoder får misstänkta att öppna sig för honom. Profilern doktor Grace Foley är med sitt rationella tänkande en motvikt till sin något okonventionella chef. Tillsammans med den forensiska patologen doktor Frankie Wharton och poliserna Mel Silver och Spencer Jordan jobbar de med gamla brottsfall som ingen annan lyckats lösa.