Lilly Rush è una giovane e determinata detective della squadra omicidi di Filadelfia. Un giorno si imbatte in alcune prove che fanno in modo di riaprire il caso di omicidio di un'adolescente avvenuto nel 1976; il capo della sezione di Lilly, il capitano John Stillman, legato a Lilly quasi come un padre putativo, incarica la detective di occuparsi del caso affiancandole il giovane Chris Lassing. Lilly, non senza qualche difficoltà, riesce a risolvere il caso e, dopo un'indecisione iniziale, accetta la proposta di Stillman di entrare nella sezione "delitti irrisolti" (in inglese "cold case", da cui il titolo della serie), della quale fanno parte anche i detective Nick Vera, un uomo dal carattere burbero ma dal forte senso di giustizia, e il detective Will Jeffries, un veterano della polizia che ha racchiusi nella sua memoria molti indizi su vecchi casi irrisolti. Nel corso della prima stagione il detective Lassing lascia il distretto e viene sostituito in pianta stabile da Scotty Valens, che diventa il nuovo partner di Lilly; per questo team nessun caso è impossibile e lottano poiché "la speranza vive perché la verità non muore mai".
