Lorsqu'un cadavre décomposé est retrouvé pendant le nettoyage habituel d'un bassin dans le Cimetière National d'Arlington, l'Agent Spécial du FBI Seeley Booth emmène l'anthropologue médico-légale renommée (et auteur d'un best seller), le Dr Temperance Brennan, pour l'aider à identifier le corps.
Brennan (ou "Bones", comme Booth aime la surnommer) revient tout juste d'un expédition au Guatémala où elle identifiait des victimes du génocide, et n'a aucune envie de d'aider Booth (elle a été brûlée la dernière fois qu'ils ont travaillé ensemble). Brennan refuse d'aider Booth à moins qu'il lui promette de la laisser participer totalement à l'affaire. A contre coeur, Booth accepte et leur partenariat commence.
Sur la scène du crime, Brennan fait une identification préliminaire de la victime avec l'aide de son assistant Zack Addy. Brennan détermine que le corps appartient à une femme entre 18 et 33 ans, de race inconnue. L'os pelvien donne le sexe. La fusion de l'épiphyse donne l'âge. Brennan peut dire à partir de l'hygroma dans son épaule que la victime jouait au tennis.
De retour à l'Institut Jefferson, Brennan reproche à son patron, le Dr. Daniel Goodman, de l'avoir nommée pour travailler avec le FBI sans sa permission. Goodman lui rappelle que l'Institut est une agence financée par l'état et qu'il peut proposer ses services comme il l'entend.
Dans le laboratoire médico-legal, Brennan examine les restes des victimes pendant que les Binoclards (les autres scientifiques du labo de Brennan) parle du nouveau livre de Brennan "Bred in the Bone". Le Dr Jack Hodgins, entomologue, dit à Brennan que des microbes du bassin ont accéléré la décomposition du corps. Il a trouvé trois Tricoptères et Chironimides à l'état de larve, qui le renseigne sur le temps que le corps est resté dans l'eau : un hiver et deux étés. Hodgins a également trouvé de petits fragments d'os dans la vase, dont il suppose qu'ils sont des rana temporaria, également connus sous le nom d'os de grenouille. Brennan découvre de microscopiques gravillons incrustés dans les fragments du crâne. Elle les donne à Hodgins pour qu'il les analyse.
Brennan sépare les fragments du crâne et les réassemble, ce qui lui prend toute la nuit.
Pendant ce temps, Booth est convoqué dans le bureau de son patron, le vice-directeur du FBI Sam Cullen, pour avoir attribué un rôle sur le terrain à un "binoclard" dans l'enquête en cours sur un meurtre. Cullen dit à Booth que ce sera lui le responsable s'il se passe quoi que ce soit.
A l'Institut, Angela Montenegro, une artiste médico-légale, utilise un programme informatique qu'elle a développé (appelé l'Angelator) pour faire une reconstruction holographique en 3D du crâne de la victime, révélant que cette victime est une employée du Sénat, Cleo Eller, dont la disparition était la plus grosse affaire de la décénie. Nous apprenons que Cleo Eller travaillait pour le sénateur Bethlehem et que selon les rumeurs, ils avaient une liaison.
Brennan veut confronter le sénateur. Booth rétorque que le sénateur n'est pas le seul suspect. Son assistant, Ken Thompson, était le petit ami de Cleo. Et il y a aussi l'homme qui harcelait Cleo, Oliver Laurier, dont le métier est d'écrire des discours. Celui-ci a craqué sous la pression et s'est retrouvé dans un squat de cinglés. Booth le révèle à Brennan : l'affaire est énorme. Cullen va vouloir former une unité spéciale pour enquêter, ce qui veut dire qu'ils devront suivre le réglement à la lettre : les flics sur le terrain, les Binoclards au labo. Brennan menace Booth de tout révéler à la presse à moins qu'il la laisse venir avec lui sur le terrain.
De retour au laboratoire, Hodgins identifie les particules incrustées dans le crâne de Cleo comme étant de l'acier (provenant sans doute d'un marteau de forgeron), des particules de ciment et de la terre de diatomee. Des marques prouvant que Cleo a été poignardée sont retrouvés sur ses côtes, et des dommages distincts ont été faits sur ses phalanges distales (le meurtrier a taillé au couteau la pupe de ses doigts en espérant cacher son identité). En disséquant les revêtements pupaux, Hodgins détermine que Cleo prenait du lorazepam, de la chlordiazepoxide et l'hydrochloride de Meclizine pour sa dépression. Brennan découvre que les petits os trouvés dans le corps de Cleo ne sont pas des os de grenouille. Ce sont des os fétaux. Cleo Eller était enceinte!
Hodgins, un théoricien paranoïaque de complots, convainc Brennan que parce qu'un sénateur américain qui dirige la commission sur le FBI est impliqué, les pouvoirs en place essaieront d'étouffer l'affaire. Brennan prend les choses en main et confronte le sénateur à l'insu de Booth. Son plan se retourne contre elle et Booth est éjecté de l'affaire. Brennan refuse d'abandonner et avec l'aide des Bigleux, découvre que le petit ami de Cleo Eller, Ken Thompson, craignant que le scandale impliquant Cleo et le sénateur Bethlehem ne détourne ses propres plans de carrière, a tué Cleo enceinte en utilisant un marteau sur un sol cimenté légèrement recouvert de terre de Diatomee.
