4-й сезон «CSI: Нью-Йорк» включає 21 епізод, в яких розповідається про різноманітні складні справи, над якими працює Мак Тейлор та його команда. Сезон відкривається сенсаційним вбивством біля Статуї Свободи, яке приводить детективів до вбивці, що полює на свідків попередньої справи. Серед інших помітних розслідувань - розкриття змови з вибухівкою в Нижньому Мангеттені після загибелі двох інструкторів з підводного плавання, розкриття вбивства, пов'язаного з рольовою онлайн-грою, та розслідування можливого вбивства-самогубства в будинку з привидами. Команда також займається справами жертв сексуального насильства, смертю на Таймс-Сквер, вбивством у прямому ефірі, вбивством у день весілля, а також вбивством, скоєним під виглядом серійного вбивці. Особисті сюжетні лінії розвиваються, коли Мак стикається з переслідувачем, пов'язаним з його минулим, а Стелла стикається з одкровеннями про викрадену дитину, можливо, пов'язану з її сусідом. Кульмінацією сезону стає напружена ситуація із захопленням заручників під час пограбування банку. Протягом усього сезону команда балансує між судовою наукою та особистими викликами, мандруючи брудними вулицями Нью-Йорка.