Kriminální vyšetřování, soubor metod, jimiž se zkoumají trestné činy a zadržují pachatelé. Kriminalista se snaží zjistit metody, motivy a totožnost zločinců a totožnost obětí a může také vyhledávat a vyslýchat svědky.
Identifikaci pachatele, který nezanechal otisky prstů ani jiné přesvědčivé důkazy, lze často posunout analýzou modus operandi; profesionální zločinci se obvykle drží určité techniky (např, násilné vniknutí), vyhledávají určité druhy kořisti a zanechávají určité stopy (např. způsob, jakým je oběť svázána). Kriminálně-vyšetřovací útvary shromažďují tyto údaje, stejně jako seznamy odcizeného a ztraceného majetku, a mají snadný přístup k takovým veřejným záznamům, jako jsou registrace automobilů a střelných zbraní, a k takovým soukromým záznamům, jako jsou značky prádelen a čistíren, zastavárny a obchody s použitým zbožím a mnoho dalších.
Informace proudí víceméně nepřetržitě od policejních informátorů a tajných agentů. Odposlechy a další metody elektronického sledování se staly mimořádně důležitými, i když podléhají zákonným omezením.
Vyslýchání podezřelých osob je jednou z nejdůležitějších funkcí vyšetřování trestné činnosti. Ve většině zemí je tento postup choulostivý, protože přiznání získané v rozporu s právy podezřelého může být u soudu odmítnuto. Použití detektoru lži neboli polygrafu podléhá rovněž rozšířeným omezením v soudní síni.
Stále větší pomoc při vyšetřování trestných činů představuje kriminalistická laboratoř, která je vybavena pro práci s nejrůznějšími hmotnými důkazy pomocí chemických a jiných analýz. Do popředí moderního vyšetřování se dostaly techniky identifikace, zejména snímání otisků prstů a v poslední době i snímání otisků hlasu a dokonce i „snímání otisků DNA“ (tato technika je zatím experimentální). Fotografie a mikrofotografie, zkoumání dokumentů, balistika a další vědecké techniky jsou rovněž standardními nástroji kriminalistické laboratoře. Soudní lékařství může poskytnout analýzu krve a moči a identifikovat stopy chemických látek v tělesných orgánech obětí vražd.