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A equipe investiga uma convenção de ficção científica onde uma mulher vestida de princesa medieval é encontrada morta. Como Booth está com as costas machucadas, o agente Payton Perotta aparece outra vez para ajudar.

Booth é seqüestrado pelo Grave Digger e a equipe do Jeffersonian precisa encontrá-lo antes que seja tarde demais. Enquanto isso, quando provas do caso do Grave Digger desaparecem, Brennan e Hodgins são suspeitos de pegá-las.

Quando um bombeiro voluntário é assassinado em um rinque de patinação, Booth e Brennan começam a investigar o caso, mas Booth precisa recusá-lo por motivo de conflito de interesse. Quando detalhes vêm à tona, Booth se torna um dos suspeitos do homicídio.

A morte de gêmeas siamesas que atuavam em um circo é investigada, levando Brennan e Booth a trabalhar em um número como atiradores de faca canadenses, além de deixar Booth cara a cara com um palhaço.

Max, o pai de Brennan, consegue um emprego como professor no Jeffersonian. Quando ele acaba ajudando em um caso de assassinato, Brennan fica nitidamente incomodada por sua súbita presença em sua vida profissional.

O tranqüilo vôo de Brennan e Booth para a China, onde Brennan iria identificar restos mortais da era pré-histórica, é interrompido quando um corpo totalmente queimado é descoberto no microondas do tamanho industrial da aeronave. Com o uso de equipamentos de alta tecnologia, Brennan manda as provas para o Jeffersonian para serem analisadas. Pouco depois eles descobrem que a vítima era um escritor que estava escrevendo um texto polêmico sobre pilotos de companhias aéreas. A partir daí, Booth e Brennan precisam correr contra o tempo para solucionar o caso antes que o avião aterrisse e eles saiam de sua jurisdição.

Quando um corpo é encontrado durante um treinamento da polícia, Booth e Brennan partem para a investigação. Um segundo corpo é encontrado, levando a equipe a uma série de equívocos à medida que procura o assassino ou assassinos. Enquando isso, Brennan sai com o irmão mais novo de Booth, Jared, que acabou de se mudar para a cidade para trabalhar no Pentágono.

Booth e Brennan precisam investigar o assassinato de um artista. Ao que tudo indica, sua assistente, Roxie Lyons, é a assassina. Ao ser interrogada, Roxie revela que é lébica e que tinha um relacionamento com alguém do laboratório.

Booth e Brennan saem para investigar um caso envolvendo um cadáver na Baía Chesapeake. Ao chegarem, eles encontram apenas o torso da vítima, dando a equipe pouco material para trabalhar. Eles só têm o que sobrou do implante no seio. Brennan e Booth são levados a uma pequena igreja em Maryland, onde descobrem que a vítima era um pastor. Quando a equipe encontra a parte inferior do corpo, eles descobrem que suas hipóteses iniciais podem estar corretas.

Os restos mortais de uma gerente odiada são encontrados no poço do elevador. Booth e Brennan precisam descobrir qual funcionário matou a tal mulher. Após algumas investigações, eles descobrem que o gerente tinha queixas contundentes no arquivo. Enquanto isso, no laboratório, Angela e Hodgins tentam fazer as pazes.

As partes de um corpo desmembrado são encontrados em uma poça, com exceção da cabeça. A equipe descobre que se trata do cadáver de Jared Addison, um escrito de ficção-científica que teve diversos problemas mentais. Com a ajuda de Sweet, vários suspeitos são procurados, mas a equipe tem problemas para descobrir provas suficientes já que a cabeça da vítima continua desaparecida... isto é até eles recorrerem a ajuda de Zack.

Parker, o filho de Booth, encontra o dedo de um cadáver em um ninho de pássaro, fazendo com que a equipe inicie uma investigação para tentar encontrar o resto do corpo. Após encontrar o cadáver, a equipe descobre que a morte foi causada por um cachorro, o que os leva até uma luta ilegal de cães em busca do animal assassino e seu dono.

O corpo do apresentador de um famoso reality show é encontrado parcialmente decomposto. Booth e Brennan precisam descobrir quem é o assassino. Enquanto isso, Booth descobre que Brennan está se desdobrando entre dois relacionamentos.

Com o caso da herdeira resolvido, Booth e Brennan se preparam para voltar para casa, mas ficam chocados ao se deparar com outro crime - desta vez envolvendo alguém que eles conhecem. Enquanto isso, como Birimbau retornando inesperadamente para a vida de Angela, as coisas ficam complicadas entre ela e Hodgins.

A quarta temporada começa na Inglaterra, com Booth falando na Scotland Yard e Brennan como convidada docente na prestigiada Universidade de Oxford. Sabendo da perícia de Booth e Brennan em seus respectivos campos, as autoridades locais pedem por sua ajuda com uma investigação de assassinato que envolve uma herdeira britânica.

O assassino serial Gormogon está de volta e o esqueleto de prata do porão desaparece. Todos os funcionários do Jeffersonian se tornam suspeitos. A possibilidade de algum deles estar trabalhando com Gormogon deixa todos assustados.

O cantor Tommy Sour é encontrado morto. Entre os vários suspeitos do crime - pessoas que participaram de um concurso de música - está uma mulher que era obcecada por Tommy e que passa a jogar seu charme para Booth. Durante a investigação, um terrível acontecimento deixa a equipe de Jeffersonian chocada.

O pai de Brennan, Max Keenan, é levado a julgamento pelo suposto assassinato do ex-diretor do FBI, Kirby. Toda a equipe, com exceção de Brennan, é convocada pela promotoria para testemunhar. Já Brennan, que atua como conselheira forense pela defesa, precisa confiar em sua dedicação à família e sua habilidade profissional para ajudar a inocentar seu pai.

O carro de uma mulher é jogado para fora da estrada e ela morre. No entanto, seu bebê milagrosamente sobrevive ao acidente. Booth e Brennan vão até a cidade da vítima para tentar descobrir quem provocou o desastre. Booth ajuda Brennan a tomar conta do bebê até que a equipe encontre o assassino.

Booth e Brennan investigam caso de atleta universitário que foi esmagado atrás da arquibancada do ginásio e suspeitam que se trata de mais de um assassino.