Giai điệu tử thần kể về cuộc sống của Kathryn Dance, ngoài vai trò ai cũng quen biết là đặc vụ Cục Điều tra Calfornia, CBI, chuyên gia về phân tích ngôn ngữ cử chỉ và ngôn ngữ cơ thể trong phá án, cô còn là chuyên gia về nhạc đồng quê. Cô cùng một người bạn đã lập ra trang web chuyên giúp đỡ những nhạc sĩ không chuyên, ghi âm ca khúc của họ, quảng bá để tên tuổi họ được nhiều người biết tới. Trong một lần đến Fresno gặp gỡ Kayleigh Towne, nữ ca sĩ nhạc country đang nổi tại đây, Dance vô tình vướng vào vụ án giết người hàng loạt.
Kayleigh lúc này đang gặp rắc rối với một fan cuồng. Hắn liên tục theo dõi cô bé, lọt vào xe của cô bé ăn cắp quần áo cả đồ lót và vật lưu niệm. Có lần cô bé còn suýt chết. Khi Dance đến nơi Kayleigh hy vọng mọi chuyện sẽ khá hơn. Tuy nhiên, mọi việc bắt đầu tệ đi khi Bobby, một trong số các nhân viên kỹ thuật của Kayleigh bị giàn đèn rơi trúng người và chết cháy.
Bắt đầu từ đây, Kathryn Dance cùng nhóm điều tra tại Fresno, và sau này là cả CBI phải liên tục chạy đua với thời gian nhằm tìm ra kẻ sát nhân liên hoàn. Nếu trong Lưới điện tử thần, hung thủ dùng điện làm hung khí thì trong Giai điệu tử thần, hung thủ dựa vào các bài hát của Kayleigh dùng lửa làm hung khí giết người.
Tiêu biểu là ca khúc Your Shadow, trước mỗi khi giết người, hung thủ đều cho phát một đoạn bài hát. Và sau đó các nạn nhân đều bị hạ sát bằng lửa. Kathryn Dance cùng đồng sự phải vất vả luận ra nội dung từng đoạn để tìm ra cách hắn giết người, và ai là nạn nhân; hay ai mới là hung thủ thật sự trong mớ bòng bong những bí mật, âm mưu và những lời dối trá.
Cuộc điều tra ngày càng trở nên khó khăn khi Kathryn không thể vận dụng kinh nghiệm phân tích ngôn ngữ cử chỉ trong phá án, mà chỉ hoàn toàn dựa vào óc suy luận. Hung thủ là ai khi hắn luôn đi trước nhóm điều tra một bước? Luôn hiểu rõ đường đi nước bước của nhóm điều tra? Thậm chí còn khôn khéo khiến các cảnh sát bị loại khỏi cuộc điều tra? Hung thủ là ai khi hắn hiểu rõ Kayleigh và cả những bí mật chấn động trong gia đình cô bé? Hung thủ là ai khi khiến Kathryn, một đặc vụ dạn dày kinh nghiệm phải suýt chết những hai lần? Rồi tất cả đền đỉnh điểm khi Kayleigh bị bắt cóc.
Khi án mạng ngày càng dày lên, nhóm điều tra phải nhờ đến sự giúp đỡ của hai người hùng quen thuộc: Lincoln Rhyme và Amelia Sachs. Chúng ta lại gặp lại năng lực phá án bằng vật chứng siêu phàm của Lincoln. Liệu rằng với hung thủ thông minh, đặc biệt là hiểu rõ Kayleigh đến thế, khi không thể dùng phân tích ngôn ngữ cử chỉ, Kathryn Dance sẽ phải làm gì để phá án?