Appelée sur les lieux d'une collision entre une voiture et un train de banlieue, l'équipe de Bones fait la connaissance de sa nouvelle patronne, Camille Saroyan, une ancienne petite amie de Booth. Camille et Booth renouent avant de se séparer dans l'épisode 12, "Fin de partie", mettant à nouveau en scène le tueur en série Howard Epps. C'est également dans cette deuxième saison qu'apparaît le Fossoyeur, un personnage récurrent de la série jusqu'à la saison 6. Enfin, Angela, l'infographiste de l'Institut, qui est aussi la fille de Billy Gibbons, du groupe ZZ Top, entame une relation avec l'entomologiste Jack Hodgins. Le squelette d'une jeune femme, Billy Morgan, est exhumé dans le désert du Nevada, non loin de celui d'un procureur fédéral disparu depuis cinq ans. En interrogeant Don Morgan, le mari de Billy, l'équipe du FBI constate que son pouce est brisé, une technique d'intimidation fréquemment utilisée par la mafia. Le corps de Billy porte tellement de marques de coups que les experts parviennent à la conclusion qu'elle participait à des combats illégaux. Pour mener l'enquête, Booth et Brennan se rendent dans les bas-fonds de Las Vegas, où ils se font passer pour un couple fraîchement marié, flambeur et amateur de boxe clandestine...