Section de recherches suit les enquêtes d'une unité spéciale de la gendarmerie nationale française basée à Nice, appelée la Section de recherches (SR). Cette unité est spécialisée dans les affaires criminelles complexes et sensibles.
Chaque épisode commence par la découverte d'un crime ou d'une disparition mystérieuse. L'équipe de la Section de recherches, dirigée par le capitaine Martin Bernier (joué par Xavier Deluc), est alors chargée de résoudre l'enquête. Le capitaine Bernier est épaulé par une équipe d'enquêteurs talentueux, dont la commandante Nadia Angeli (jouée par Françoise Bouillot) et le lieutenant Lucas Auriol (joué par Chrystelle Labaude).
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