Molti impegni per Castle: un romanzo da promuovere e sistemare le cose con Beckett, in collera con lui per aver indagato contro la sua volontà sulla morte della madre. Intanto la polizia deve risolvere il misterioso omicidio di un uomo trovato tra i rami di un albero.

In città è la settimana della moda e Castle e Beckett sbirciano dietro le quinte delle passerelle per indagare sull'omicidio di una modella.

Castle e Beckett indagano sulla morte misteriosa di un esploratore Artico avvenuta durante una spedizione. Le indagini li portano in varie direzioni, compreso Park Avenue e la CIA. Il caso diventa estremamente frustrante e Castle si chiede se il killer non li stia prendendo tutti in giro.

L'agente di Castle gli comunica che ha ricevuto un'offerta di lavoro da sogno, ma accettarla significherebbe abbandonare il personaggio di Nikki Heat e soprattutto non lavorare più con il detective Beckett, la sua brillante e inflessibile musa.

Halloween si avvicina e un uomo viene ritrovato assassinato in un cimitero, con un paletto di legno nel cuore e canini appuntiti in bocca. Castle e Beckett seguono una pista che li porta a una setta adoratrice dei vampiri; durante le indagini, Castle continua a provare nuovi costumi per la festa di Halloween.

La cantante del gruppo preferito di Alexis viene ritrovata morta in un vicolo. Il cadavere, con al collo un iPod che riproduce l'ultimo successo della vittima, è stato messo di proposito in una posizione che ricorda esplicitamente il suo ultimo video musicale. Alexis stessa darà un suo contributo al caso.

Un fattorino in bicicletta viene investito di proposito da una macchina nera;l'assassino scende poi dal veicolo per rubare lo zaino del ragazzo. Il corriere stava recapitando un pacco per conto di un detenuto e il destinatario sarebbe stato il capitano Roy Montgomery, attuale capo di Beckett. Martha Rodgers intanto s'interessa dei social network e ritrova vecchie amicizie.

Un uomo viene scaraventato giù dal tetto di un palazzo: la vittima è un assistente procuratore, paladino della lotta contro il crimine. Mano a mano che le indagini proseguono però, l'uomo risulta sempre più coinvolto in un losco giro di prostituzione. Alexis se la deve vedere nel dire al padre di un programma di scambio con la Francia che dura tre settimane e chiede consiglio a Beckett.

Un uomo, ucciso da un colpo di pistola, viene ritrovato in uno scivolo per l'immondizia. La vittima viveva nel Connecticut con la famiglia, ma lavorava a New York. Al riconoscimento del cadavere si presentano sia la moglie che l'amante, l'una ignara dell'esistenza dell'altra. Alexis se la deve vedere con un'attività extrascolastica di tre giorni relazionata ad una istituzione statale a scelta e lei ha scelto le forze dell'ordine, Beckett le ha dato il permesso di farlo al distretto. Il ruolo che deve svolgere è sistemare il magazzino degli oggetti raccolti in scene del crimine e quelli smarriti.

Victor Fink, proprietario di una galleria d'arte, è stato colpito a morte da un misterioso assassino. La polizia rinviene cinque bossoli ma solo quattro proiettili. Il quinto proiettile si è infatti conficcato nel libro che un potenziale testimone teneva nella tasca, questo testimone però ha perso la memoria e non si ricorda chi è. Martha ha un piccolo momento di crisi con Chat.

Castle e Beckett sono chiamati sulla scena di un crimine svoltosi durante una cerimonia matrimoniale e Rick si accorge che la sposa altri non è che una sua ex fidanzata. Il caso diventa difficoltoso per le tensioni emotive dei coinvolti, non ultima delle quali Beckett che diventa gelosa del feeling tra Castle e Kyra.

Castle e Beckett indagano sulla morte di un malavitoso Irlandese, ma durante le indagini scoprono per caso un traffico internazionale di droga. Inoltre questo caso potrebbe essere collegato all'omicidio della madre di Beckett.

Castle e il Detective Beckett si occupa di un uomo trovato morto in casa d'altri da una famiglia tornata dalla vacanze. La vittima sembra aver trascorso del tempo nel loro appartamento, forse nascondendosi da qualcuno. Intanto nel giornale, Castle viene eletto nella top ten degli scapoli d'oro di New York, e viene scritto che è sentimentalmente legato a Beckett.Lei lo scopre e bisticciano a proposito.

Castle e Beckett s'imbattono nell'ex campione di baseball Joe Torre durante le indagini su un caso di omicidio in cui la vittima è una star della major league, ritrovata morta dopo un viaggio a Cuba. Alexis intanto, è impegnata con un progetto genealogico che spinge Castle a considerare l'idea di scoprire l'identità di suo padre.

Una studentessa viene ritrovata morta in un parco. Castle e Beckett scoprono che la ragazza stava scrivendo una tesi e sembra che queste sue ricerche possano avere provocato il suo omicidio. Vengono presi in esame i negozi di bondage. Ryan fa conoscere al gruppo la sua fidanzata.

Castle e Beckett uniscono le loro forze a quelle dell'FBI per catturare un pericoloso e scaltro serial killer.

Il serial killer continua a eludere le forze della polizia e dell'FBI e sfida Castle, Beckett e l'agente Shaw a catturarlo.

Castle e Beckett indagano sull'omicidio di Will Medina, l'assistente curatore del Museo di Storia Naturale. Il persona del museo è convinto che il decesso sia collegato a una maledizione che grava su un'antica tomba dei Maya.

Castle è ospite in un talk show per promuovere il suo ultimo libro, Heat Wave. Durante una pausa pubblicitaria, il presentatore, Bobby Mann sussurra a Castle che qualcuno lo vuole morto. Il giorno dopo Mann è trovato morto per cause naturali ma Castle è convinto che ci sia qualcosa sotto. Alexis è occupata ad andare via per fare cinque giorni per orientamento.

Il team indaga sull'omicidio di un ladro e durante le indagini si scopre che Esposito ha una connessione con il probabile killer. Intanto il Detective Tom Demming è assegnato al caso e tra lui e Beckett nasce un'attrazione reciproca, rendendo difficile lavorare insieme al caso con Castle.

Una nota ristoratrice si ritrova coinvolta nelle indagini per un omicidio la cui vittima è un ex concorrente del reality show Kitchen Wars. La chef è un'amica del liceo di Beckett e non nasconde la sua attrazione per Castle.Si scopre che stava lavorando a una torta con un anello nascosto dentro. Intanto la storia tra Kate e il detective Demming va avanti.

Una rapina finita in tragedia spinge Beckett a richiedere l'assistenza di Demming per il caso. In realtà le indagini si trasformano in una sorta di gara tra Castle e Demming, entrambi intenzionati a risolvere il caso per primi e fare colpo su Kate.

Castle e Beckett indagano su quello che sembra l'omicidio di un agente segreto. Intanto, la storia con Demming continua, mettendo a rischio la relazione tra Kate e Rick, costringendo i due ad ammettere una volta per tutte cosa provano l'uno per l'altra.