Sherlock Holmes (Jonny Lee Miller), ekscentryk obdarzony talentem do rozwiązywania zagadek kryminalnych, postanawia wyjechać z Londynu. Zamierza zerwać z nałogami i dotychczasowym, pełnym błędów życiem. W tym celu przeprowadza się do Stanów, na nowojorski Manhattan. Rozpoczyna współpracę z kapitanem Tobym Gregsonem (Aidan Quinn) i nowojorską policją, angażując się w kolejne śledztwa. Pomaga mu doktor Joan Watson (Lucy Liu), inteligentna psychoterapeutka, którą przysłał nadopiekuńczy ojciec Holmesa. Kobieta niegdyś pracowała jako chirurg, ale w wyniku błędu lekarskiego została pozbawiona praw do wykonywania zawodu. Współpraca z Sherlockiem jest dla niej okazją odkupienia win z przeszłości. Uwspółcześniona wersja przygód słynnego detektywa, głównego bohatera utworów Arthura Conan Doyle'a.Watson i Holmes pomagają ująć seryjnego zabójcę, nazywanego Baloniarzem. Od 2005 roku sprawca porwał i zamordował ośmioro dzieci. W każdym z miejsc zbrodni pozostawił znak w postaci pęku balonów. Niebawem udaje się zidentyfikować pojazd, którym porusza się morderca, jako wycofany z użytku samochód policyjny. Kiedy policja trafia na trop auta, dokonuje zaskakującego odkrycia. Za kierownicą zatrzymanego vana zasiada 19-letni Adam Kemper, pierwsza ofiara Baloniarza.