En 1895, un jeune inspecteur, William Murdoch, veut révolutionner la façon d'enquêter sur les crimes, en utilisant des méthodes scientifiques (notamment la recherche d'empreinte, l'analyse des preuves trouvées...). Sa façon d'enquêter est mal vue et dénigrée par ses collègues et son supérieur, Brackenreid. Mais les résultats parlent en sa faveur, il est souvent le seul à réussir à résoudre certains crimes.

Murdoch a deux alliés qui travaillent avec lui pour résoudre ses enquêtes. Son bras droit, George Crabtree, un jeune policier impatient et inexpérimenté, et le Docteur Julia Ogden, pathologiste, qui partage la même passion que lui pour l'approche scientifique des enquêtes.

A noter, à partir de la deuxième saison, la quasi-intégralité du casting a été changée (l'intervalle entre la production des deux saisons ayant été de deux ans). Yannick Bisson, Thomas Craig et Helene Joy remplacement respectivement Peter Outerbridge, Keeley Hawes et Colm Meaney (engagés sur de nouveaux projets entre temps). Seuls Jonny Harris et Flora Montgomery sont de retour.

Les scénarios sont tirés des romans de Maureen Jennings.