Caso Abierto es una serie de corte policiaco sobre Lilly Rush (Kathryn Morris, Minority Report), la única mujer detective en la brigada de homicidios de la comisaría de policía de Philadelphia, quien de repente encuentra su trabajo ideal cuando es asignada para investigar los llamados "casos abiertos", denominación con la que se conoce a los casos que tras años de investigación continúan sin poder resolverse, casos que son de difícil resolución dado el tiempo pasado y la consiguiente pérdida de pruebas y testigos.
La detective Rush se enfrenta a un viejo caso muy complicado que Vera no pudo resolver de un violador en serie que atacaba a las mujeres solas. Cuando el violador envía una carta a la brigada de detectives del Departamento de Policía de Philadelfia en el que comunica que ha regresado a la ciudad tras cinco años de ausencia con planes de volver a las andadas, Rush y Vera intentarán coger al criminal antes de que actúe. En el pasado, el primer sospechoso fue Bruce Eldridge (Grez Zola), el novio de una víctima estrangulada que murió cuando era violada. Ahora, los detectives persiguen la posible implicación en el caso de Eldriege; sin embargo, las pruebas de ADN les exculpan. La mayor esperanza de la detective Rush para coger al violador viene de una de sus víctimas, Ellen (Bree Turner), que vió a su atacante y puede proporcionar a Rush datos para su retrato robot.
Carolina Bayes, afectada de Alzheimer, tiene episodios en los que recuerda la muerte de su esposo, a partir de los cuales Lilly Rush reabre el caso. En su investigación, Rush encuentra algo extraño en el lugar del crimen, cuando descubre que el cuerpo de la víctima, Mitchell ‘Mitch’, Bayes, organista en la iglesia, fue encontrado entre ropa, jeringuillas para drogadictos y revistas pornográficas. Rush descubre que podría haber una relación amorosa entre el organista y Judy Enright, una asidua de la iglesia que llamó a su casa la tarde de la muerte. Cuando Rush pregunta a Juddy sobre la noche del crimen, la detective encuentra una pista que conduce al celoso marido de aquella o alguien de la propia familia del muerto.
Rush reabre un caso sin resolver en 1973 sobre el asesinato de un joven policía cuando fue al servicio en una residencia para drogadictos. Una mujer, presuntamente drogada, le suministra nuevas pruebas y Rush decide investigar. Rápidamente descubre que el policía asesinado tenía un pasado oscuro, que ocultó a sus compañeros y a su esposa, en el que había crecido en aquella residencia y convivido con traficantes. Antiguos miembros de la policía están preocupados por la investigación, ya que supone manchar el recuerdo de uno de los suyos.
La detective Rush reabre el caso del asesinato de una chica de 16 años, después de que un presidiario que busca una reducción de pena cuente una conversación de hace 22 años según la cual un inocente está penando por este delito. Encuentra evidencias de que un solitario, Will Harrell, es responsable del crimen. Tras hallar restos de sangre de la chica en el coche de Will, vendido pocos días después del asesinato, Rush y su nuevo colega, Scotty Valens, interrogan al sospechoso, quien insiste en que tiene una buena coartada. Las pistas les llevan enseguida a un antigua y famosa estrella y su novia estudiantil, que parecen tener motivos para estar involucrados en el asesinato.
Una mujer a punto de morir visita a Rush para solicitarle investigue la muerte de su hijo homosexual durante una pelea en 1964. La mujer cree que la policía nunca trabajó seriamente el caso por los prejuicios sexuales de la época. Las investigaciones de Rush llevan a un antiguo submundo en el que los homosexuales eran obligados a vivir como criminales. Consigue la colaboración de un policía retirado, que fue miembro de un grupo secreto que en los años 60 se enfrentaba a los homosexuales, para llegar a los matones responsables de este odioso asesinato olvidado.
Rush y Valens reabren el caso de una mujer joven, Rosie Miles, que se está recuperando lentamente de un coma de dos años sin recuerdos del asesinato de su hija, Toya. Las únicas pistas de Rush y Valens son un hombre desconocido huyendo del edificio momentos después de que la hija cayera muerta y una llamada telefónica anónima describiendo parcialmente al fugitivo. El caso toma un giro inesperado cuando Rush descubre una vieja cinta de una cámara de seguridad en el dormitorio de la víctima; sin embargo, Rush debe confiar en Rosie para proporcionar más detalles sobre la noche de la muerte.
Rush reabre un caso cuando recibe una misteriosa llamada de teléfono de un anónimo que afirma haber matado y enterrado a su abuela en 1989 en el sótano de su antigua casa. Después de que Rush y el equipo localizan el cuerpo y determinan que el nombre del que realizó la llamada es James Hogan, ella intenta encontrar a James para revelar porqué está confesando repentinamente catorce años después del asesinato. Cuando su confesión de culpabilidad no se corresponde con los hechos, Rush investiga más rigurosamente en el pasado de James y se da cuenta de que debe estar encubriendo a alguien.
Rush reabre el caso de un autostopista encontrado muerto en 1997 cerca de Atlantic City, New Jersey. Inicialmente, después de revisar el caso, Rush y el equipo de homicidios creen que la víctima, Matt Mills (Chris Beckwith), fue recogido en un autopista con el dinero ganado en el casino y fue asesinado por un camionero, que debía haber cometido una serie de homicidios a lo largo de su ruta. Sin embargo, en una investigación adicional, ellos descubrieron que Matt tenía un pasado turbulento, habiendo robado de adolescente un almacén de preparados con su primo. Esta revelación conduce a Rush a creer que el asesinato de Matt debía haber sido un acto de venganza. Pero cuando la hermana de Matt repitió una conversación que tuvo con su hermano en la noche que fue asesinado, Rush casualmente descubre a un inverosímil sospechoso.
Un antiguo profesor de universidad, Roy Minard (Jeffrey Nordling), pide a Rush la reapertura de un caso de asesinato. La carrera de Minard terminó en escándalo cuando se convirtió en el principal sospechoso del violento asesinato de su estudiante Holly Rickter (Kaitlin Doubleday). Aunque Minard admite tener una aventura con Holly, él mantiene su inocencia y ofrece a Rush y Valens una convincente teoría sobre el asesinato, esperando finalmente limpiar su nombre y volver a la academia. Rush habla con varios testigos de Holly y con amistades de Minard, incluyendo a un excompañero de clase esquizofrénico, Blake Shields (Barry Tepler), que estaba enamorado de Holly y parecía haber tenido un fuerte motivo para cometer el crimen.
Stillman pide a Rush que investigue el asesinato, sin resolver desde 1980, de un niño de ocho años. Stillman trabajó en el caso y todavía está obsesionado con él. Inicialmente, el equipo se centró en un delincuente local que escapó rápidamente después del asesinato. Después la madre de la víctima se convirtió en sospechosa. Los detectives interrogaron a un antiguo sacerdote del barrio, que ahora está retirado, y descubrieron que el sacerdote escuchó la confesión del asesino pero se negaba a revelar su identidad. Rush trama un plan para atrapar al asesino, un viejo vendedor de farmacia que ahora es un exitoso hombre de negocios, para que confiese.
Rush se enfrenta a su caso más antiguo cuando Sarah Tucker, la nieta de 40 años de Sadie Douglas (Meta Golding), una mujer de color asesinada en 1939, proporciona unas cartas de Sadie escritas a la madre de Sarah, en las que parecía implicar a un lechero. En medio de la fragilidad de los expedientes amarillos de aquel periodo, Rush encuentra un billete de tren fechado en la noche del asesinato y comienza a localizar a los amigos supervivientes de Sadie. También descubre que dos lecheros que repartían a la pensión en la que Sadie vivía, pertenecían a un grupo racista y la habían amenazado. Pero cuando Rush finalmente encuentra a uno de los lecheros, ahora un débil hombre de 90 años que vive en Queens, Nueva York, descubre que la verdad de lo que ocurrió aquella noche hace seis décadas es mucho más impresionante de lo que nadie imaginaba.
Rush y Valens reabren el asesinato sin resolver de Arnold Collier (Lydon Smith), un huérfano de seis años que murió en un campo vacío en 1958. El viejo orfanato en el que Arnold vivía, ahora funciona como un centro de cuidados de día. Los dos detectives entrevistan a varias monjas que todavía trabajan en el edificio. El equipo de investigación localiza a la hermana ya adulta del chico, Gretchen (Moll Cheek), que fue enviada al orfanato con su hermano cuando sus padres murieron en un accidente de coche. Tras una investigación adicional, Rush y Valens se dan cuenta que los expedientes de Arnold fueron falsificados, y pronto descubren que la identidad de la madre de Arnold podía conducir al asesino.
En 1978, un fuego destruyó una discoteca y 23 personas murieron. Los restos de un cuerpo fueron recientemente encontrados seis pies por debajo del edificio, en la vieja sala VIP. La víctima murió de una herida de bala en la cabeza. Rush y Valens descubren que el fuego no mató a la víctima y que éste fue probablemente provocado para encubrir el asesinato. A través de las pruebas de los científicos forenses, el muerto es identificado como Benny Rosen (Conor Dubin), un fanático de las discotecas y un posible traficante de cocaína. Rush y Valens ahondan en el mundo de las drogas y del sexo en las discotecas. Aunque el asesinato primero aparece relacionado con las drogas, luego con el crimen pasional, Rush y Valens por último descubren que un sospechoso inverosímil es el responsable del asesinato de Rosen y de otros 22.
Los restos humanos encontrados en la excavación de un nuevo edificio conducen a Rush y Valens a investigar las muertes no resueltas de un hombre y una mujer de veintitantos años de edad que desaparecieron en 1969. Después de identificarlos como Gerard (Garland Whitt) y Julia (Amber Benson), los detectives investigan las vidas de la pareja, descubriendo que ambos eran activos de la escena contracultural de los años 60 cuando desaparecieron. Gerard y Julia también fueron voluntarios de una organización clandestina que ayudaba a las mujeres a obtener abortos seguros cuando el proceso era ilegal. Después Rush y Valens localizan a una mujer, Renee (Mary-Joan Negro), a quien la pareja ayudó poco antes de su desaparición, los detectives encuentran que ella podría tener la clave para descubrir al asesino.
Stillman pide a Rush y Valens reabrir el caso de 1987 de Herman Lester (Mehcad Brooks), estrella del baloncesto de un instituto de Filadelfia, que fue apuñalado horas después de conseguir llevar a su equipo al campeonato del estado. El hijo de Lester, fenómeno actual del baloncesto, que juega en el mismo equipo estudiantil que su padre, recientemente recibió una amenaza de muerte. Los detectives investigan a un compañero de Lester, que le tenía envidia y al que echaron del equipo, a un corredor de apuestas local, al que fue durante mucho tiempo su entrenador y a su hijo, que estaba esperando que el éxito de ambos jugadores pudiera elevar su propia carrera.
Rush y Valens investigan el caso de la muerte de Graig Cardiff (David Andriole) en un accidente en el que el conductor se da a la fuga, en la Nochevieja de 1999. Rush conoce a Tami Franklin (Leigh Kelly), una alcohólica rehabilitada, que se reconoce culpable del asesinato de Cardiff y admite una pasajera pérdida de conciencia mientras conducía aquella noche. Sin embargo, la evidencia pronto revela que Tamy no era, de hecho, la responsable de su muerte. Después de hablar con Sue (Stacey Edwards), la viuda de Cardiff, sobre otras cuestiones relacionadas con la investigación, los detectives comienzan a sospechar que Cardiff no fue víctima de un simple accidente de coche, si no de una trampa.
Un nuevo asesinato conduce a Rush y Valens a reabrir un viejo caso de 1992 relacionado con una joven, Vanesa Prosser (Laura Allen), asesinada tras abandonar un acontecimiento político la noche de las elecciones. Los detectives tratan de encontrar una conexión entre la muerte de Vanesa en 1992 y la víctima del nuevo homicidio, P.J.Prosser (Jim Meskimen), y una autopsia revela que este hombre era padre biológico de Vanessa. Rush y Valens también descubren que el padre de Vanessa estaba obsesionado con encontrar al asesino de su hija, lo que les lleva a pensar que la misma persona debe ser responsable de ambos asesinatos.
Rush and Valens reabren un caso de 1985 sobre el asesinato de Charles Danville (William Bumiller), un rico corredor de bolsa asesinado durante un posible asalto de coches. Mientras investigan la vida de Danville, los investigadores descubren que este hombre utilizaba su dinero y su poder para obtener sexo de jóvenes corredores desesperados por triunfar. Inicialmente sospechan de Stu Livermore (Martin Grey), un viejo aspirante a banquero cuya vida personal y profesional fue destruida por Danville. Pero, más tarde, Rush y Valens dan con más sospechosos del caso cuando descubren que Danville había reclutado un grupo de gente con clientes adinerados para enriquecerse.
Un psicólogo designado por la corte se acerca a Rush para tratar sobre un cliente, Sean (Ashton Holmes), un chico problemático de 17 años perdido en el sistema de adopciones desde que hace 14 años fue testigo del asesinato de su madre, Rebecca (Tracy Middendorf). Recientemente, el adolescente ha tenido intensas pesadillas sobre el suceso, y el doctor pide a Rush reabrir el caso para dar a Sean una conclusión. Mientras Rush y Valens investigan, se dan cuenta de que los sueños de Sean contienen pistas evidentes sobre el crimen. Además, contactan con la familia y amigos de Rebeca, y descubren que ella y Sean vivían huyendo de uno de sus antiguos novios.
Rush, Valens y Vera investigan el asesinato, en 1999, del entrenador del equipo de natación de una academia militar, Nash Cavanaugh (Robert Rusler), que murió en la piscina de la academia. Los detectives descubren que unos análisis de sangre muestran que Cavanaugh estaba borracho cuando fue asesinado, pero Cavanaugh tenía más de un secreto –también era un pedófilo. El equipo se encuentra con tres chicos que querían a Cavanaugh muerto. Pero cuando uno de los chicos se dispara en la cabeza, una cuarta víctima confiesa. Mientras tanto, Valens se encuentra con un gran problema en casa.
En el final de la temporada, unas pruebas de ADN revelan que un inocente fue encarcelado en 1986 por el asesinato de Eve Kendall (Mae Whitman) una bonita joven de 15 años. Rush y Valens reabren el caso y descubren que la adolescente era deseada por varios hombres, tanto jóvenes como mayores. Inicialmente la investigación conduce a Mark Adams (Michael Bierman), el antiguo novio de Eve. Mark se declara inocente y es momentáneamente descartado como sospechoso; todavía ama a Eve, pero tiene una estrecha relación con Rush, quien mantiene un increíble parecido con la chica fallecida. Después de hablar con la madre de Eve y varios de sus amigos, el detective descubre una información crucial sobre los últimos días de Eve, lo que les acerca a encontrar al asesino.
