起诉女毒贩艾拉娜的重要证人凯伦在电梯里被枪杀，华生经过两个月也没有解开谜团，离开军情六处重回美国的夏洛克提供了重要线索。
华生对夏洛克总是干涉她的案件感到恼火，而夏洛克新收的徒弟凯蒂对华生相当好奇。
嫌疑人凯文入住在酒店电梯的隔壁房间，夏洛克的磁铁杀人推测令人匪夷所思，而且也无法找到证据，细心的华生从凯文进酒店的录像中看出了端倪。
案子结束后，华生同意夏洛克重回警局。
奥彭肖公司制造的玩具被指证害死多名儿童，辩护律师福德姆帮他越狱，二人收到匿名信后相继被杀。
遇害儿童之一的父亲科尔曼突然自首，夏洛克认为他在替人顶罪。
基本演绎法第三季剧照
负责玩具中毒案的助理检察官安琪拉在案件开庭前丢失了重要证据，她被福德姆勒索帮奥彭肖越狱。
监视福德姆的联邦探员博登走入警方视线并被捕，原来他打算利用奥彭肖公司的毒玩具当成毒品在黑市牟利，博登的杀人动机是让政府解封毒玩具。
数学家哈兰玩数字游戏根据提示寻宝时在废弃工厂发现一具死尸，之后同为寻宝者的拜伦也遇害，夏洛克推测数字游戏是凶手设下的陷阱。
寻宝者埃廷格透露数学斗士摩是真凶，夏洛克猜出哈兰就是摩。
摩因公布国防部机密文件而被通缉，夏洛克施计帮哈兰隐瞒身份并设局引出真凶埃廷格。
哈兰一直利用彩票游戏漏洞谋利，后来他以摩的身份曝光漏洞致使国家彩票委员会将其取消，而身为彩票欺诈犯的埃廷格便设局欲引出摩。
埃德温软件公司研发的人工智能程序被复制，最终夏洛克在伯奈特科技公司找到复制的程序。
埃德温猝死在实验室，夏洛克认为凶手用病毒感染了电脑致使埃德温癫痫发作而死，随后他在死者的音乐光碟里找到电脑病毒。
夏洛克根据邮寄光碟之人锁定真凶是计算机教授派克，派克一直认为人工智能会影响人类生存，最后派克的学生艾琳替老师顶罪。
得知派克被抓会连累正在监管期的吸毒者弟弟，夏洛克陷入两难……