قد تختلف روايات الشهود حول الجريمة نفسها، لأن كل شخص يلاحظ تفاصيل مختلفة أو يتذكرها بطريقة مختلفة. وتشير دراسات علم النفس إلى أن صياغة الأسئلة التي يطرحها المحقق قد تؤثر في كيفية تذكر الشاهد للأحداث، ولذلك يحرص المحققون على استخدام أسئلة محايدة قدر الإمكان لتجنب التأثير في الإجابات.

بعد تحديد المشتبه به، يسعى المحققون إلى ربطه بمسرح الجريمة من خلال الأدلة المادية. وقد تشمل هذه الأدلة بصمات الأصابع أو الحمض النووي أو آثار الدم أو الشعر أو الألياف أو آثار الأحذية أو المواد الكيميائية. ويُعد العثور على تطابق بين هذه الأدلة وما يُؤخذ من المشتبه به أكثر قوة من الاعتماد على أقوال الشهود وحدها.

يحرص المحققون على تتبع جميع الأدلة الموجودة في موقع الجريمة وعدم الاكتفاء بجمع بعضها فقط، لأن كل دليل قد يكمل صورة الأحداث. وتُجمع الأنواع المختلفة من الأدلة بوسائل تناسب طبيعتها، فالأدلة البيولوجية مثل الدم تُحفظ عادة بعد تجفيفها وفي درجات حرارة مناسبة للمحافظة عليها من التلف قبل تحليلها في المختبر.

تبدأ التحقيقات الجنائية دائمًا من موقع الجريمة، سواء وقعت الجريمة داخل منزل أو في مكان عام أو في منطقة مفتوحة. ويُعد موقع الجريمة المصدر الرئيسي للأدلة المادية التي يعتمد عليها المحققون لإعادة بناء تسلسل الأحداث، ولذلك فإن الوصول إليه بسرعة والحفاظ عليه يمثلان خطوة أساسية في نجاح عملية التحقيق.

يعتمد المحققون الجنائيون على فرق من العلماء والأطباء الشرعيين الذين يمتلكون خبرات متخصصة في تحليل الأدلة. ويشمل عملهم فحص بقع الدم، وتحليل الآثار البيولوجية، ودراسة الجثث لتحديد سبب الوفاة، إضافةً إلى جمع الأدلة من موقع الجريمة ونقلها إلى المختبرات لإجراء اختبارات دقيقة تساعد على كشف الحقيقة وربط الأدلة بالأشخاص أو بالأحداث.