Akcja Crime Scene Investigation: Hard Evidence rozgrywa się w stolicy światowego hazardu. Naszym zadaniem jest pomaganie znanym z serialu postaciom (między innymi Gil Grissom, Nick Stokes, Greg Sanders i Catherine Willows), w rozwiązywaniu spraw śledczych. W tym celu musimy przeszukiwać miejsca zbrodni, zbierać dowody rzeczowe, a następnie analizować je w laboratorium przy użyciu zaawansowanych technologii (m.in. porównywanie sekwencji DNA, próbek tworzyw pod mikroskopem, czy ustalanie składu chemicznego różnorakich substancji). Następnie przesłuch*jemy podejrzanych, próbujemy ustalić ich powiązania z ofiarą i miejscem zbrodni, by w końcu, po odnalezieniu sprawcy, dokonać aresztowania.

Gra wykonana jest w technologii 3D, pozwalającej na pełną interakcję z otoczeniem i dokładne badanie lokacji. Rozgrywkę obserwujemy z perspektywy pierwszej osoby. Ruchy wykonujemy w sposób skokowy. Postępy w śledztwie obrazowane są krótkimi filmikami prezentującymi zakładany w danym momencie przebieg zdarzeń. Pod koniec każdego śledztwa oglądamy natomiast pełną rekonstrukcję zbrodni.

Cała oprawa audiowizualna, łącznie z głosami aktorów wypowiadających kwestie głównych postaci, została przeniesiona z serialu CSI: Crime Scene Investigation, dzięki czemu mamy wrażenie, jakbyśmy naprawdę uczestniczyli w śledztwie prowadzonym przez detektywów z ekipy CSI.

Nowością w porównaniu do poprzednich części cyklu jest wprowadzenie dodatkowego garażu o większej powierzchni, które pozwala na badanie dużych materiałów dowodowych, jak chociażby samochodów. Autorzy uzupełnili również grę o nowe lokacje i laboratoryjne mini-gierki, dzięki czemu czas rozgrywki ulega wydłużeniu. Nieznacznie zmodyfikowano także interfejs użytkownika. Dolny pasek narzędziowy zastąpiony został przez urządzenie PDA.