故事发生在美国费城，中心人物是一个凶杀调查组，他们面临的案件不是最近发生的，而是几年前甚至十几年以前的旧案。由于发生的时间久远，加之当事人已经难以寻找，各种犯罪证据几乎已经烟消云散，所以调查起来特别困难。这样的凶杀案，被形象地称为“冷案”(Cold Case)。
剧集的主角是“冷案”调查组中惟一的女探员莉莉·拉什，她凭着坚韧的性格，和队友一起寻找至今健在的当事人，抽丝剥茧地让尘年往事重新浮出水面。
和同在CBS门下的《犯罪现场》不同，《铁证悬案》最大的魅力不在于近于真实的犯罪描写，而在于展示人在不得不面对记忆时复杂的心理活动；而和《CSI》类似的是，这部剧也展现通过细小线索拼凑事实真相的复杂过程，由于对当事人的身世和性格有更多的表现，所以最终的谜底往往更震撼人心。