Hồ Sơ Trinh Sát 4 các nhân vật và diễn viên hoàn toàn khác. Tuy nhiên, có một điều chắc chắn là phần 4 vẫn sẽ ly kì hấp dẫn bởi các vụ án và các câu chuyện tình lãng mạng.
Câu chuyện xảy ra xoay quanh 1 nhóm cảnh sát CDI làm việc ở Trung Tâm Hong Kong Police Station. Tử Sơn là đội trưởng trong nhóm, gồm có cả Từ Phi. nói về anh chàng cảnh sát tinh anh trong ngành cảnh sát Hồng Kong là Sơn và Phi. cả hai cộng tác với nhau phá nhiều vụ án tưởng chừng như không thể tháo gỡ. Tài năng là thế nhưng cả hai lại gặp lận đận trong chuyện tình duyên. Sơn và Uyển Lan yêu nhau rất lâu nhưng khi gia đình Lan có sự cố thì lúc đó cũng là lúc kẻ thứ ba là Đường Tâm – bạn thân của Lan chen vào làm cuộc tình của họ đỗ vỡ. Phim Hồ Sơ Trinh Sát 4 cũng đề cập chuyện tình của Phi và Quân, hai người có tình cảm với nhau nhưng Phi chưa thật sự quên được người yêu cũ là Thiên Thiên nên họ cũng không có kết quả.
Case 1: giết người được hiến bộ phận của người chết
Trịnh Tử Thành – Lưu Kiến Sinh
Mã Đề Lộ (Thu Hương lồng)
Tạ Thiên Hoa – Lưu Thế Xương (Thế Phương lồng)
La Mãnh
Case 2: đồng tính nam
Doãn Dương Minh – Đỗ Tử Minh
Ngô Mỹ Hạnh – Châu Nhược Mai
Lý Quốc Lân – Triệu Hán Hoa
Viên Thể Vân – Nguyễn Mỹ Mỹ
Lương Tuyết Mi – Vịnh
Lý Cương Long
Case 3: gia tộc họ Đường
Trình Khả Vi – Bảo Lê
Vi Gia Hùng – Ôn Chí Sâm
Lưu Đan
Quách Diệu Minh – Hoắc Vỹ Thông
Lưu Vĩnh Kiên
Giang Hán – Hoắc Hoàng Trung
Case 4:giết người lấy tiền bảo hiểm
Trần Thiếu Hà – Chung Doanh
La Nghiệp Thăng – Chung Lỗi
Khưu Vạn Thành – Chung Chí Lương
Lâm Kính Cương – Châu Vạn Thanh
Case 5: cưỡng hiếp liên quan tới Hàn Quốc Nhân
Đằng Lệ Minh – Doãn Thu Nguyệt
Quách Diệu Minh – Quách Vĩ Thông
Triệu Tịnh Nghi – Tôn Bích Giao
Dư Tử Minh – Doãn Vạn Thạch
Tần Hoàng
Case 6: vụ án 7 nhân chứng
Lưu Giang – Hồng Triển Bằng
Hồng Thiên Minh – Hồng Chí Yên
Khang Hoa – Huệ Mỹ
Trịnh Tử Thành – Lưu Kiện Sinh
Hàn Mã Lợi – Diệp Thúy Hà
La Lan – Trần Thập Ngũ
Lỗ Văn Kiệt – Mã Lực
Trương Cẩm Trình
Thái Quốc Quyền – Lâm Kiện
Case 7: vụ án cha Uyển Lan
Lý Thành Xương
Lỗ Chấn Thuận – sir Tăng
Tuyết Ni
Kim Hưng Hiền
La Lạc Lâm – Văn Quốc Thái
Khưu Trình – bà Lục
Trịnh Tử Thành
Case 8: vụ án thứ 6 ngày 13
Dương Anh Vỹ – Trình Bách
Đặng Nhất Quân – Võ Kiệt
Uông Lâm – Lý Bảo Bình
Phan Chi Lợi – Trương Tú Linh
Trương Tuệ Nghi – mẹ Kiệt
Case 9: vụ án nhà hàng Tâm Như
Tào Chúng – Dung Lệ Đề
Trương Triệu Huy – Lạc Vĩ Cơ
Hà Quốc Vinh
Trần An Doanh – Lâm Lạc Nhàn
Case 10: tống tiền
Đặng Anh Mẫn – Châu Diệu Tuyền
Uyển Quỳnh Đan – Châu Thi Nga
Hà Quốc Vinh
Trần Kỳ – Lý Tú Nghi
Quách Chính Hồng – Lâm Hạo Thiên
Huỳnh Đức Bân – Trần Tự Khang
Lý Long Cơ – Trương Vĩnh Tài
Case 11: giết đồng tính nữ
Từ Hào Doanh – Trương Hiểu Đồng
Quảng Văn Tuân – Hoa Bảo Trinh
Quách Thiếu Vân – Điền Thi Thi
Ngụy Tuấn Kiệt – Dương Vỹ Luân
Lạc Đạt Hoa – Trương Bá Hạo
Case 12: giết tình nhân
Mã Đức Chung – Tống Gia Tề
Bành Tử Tịnh – Trương Thục Hiền
La Hạo Giai – cha Tử Sơn
Thiệu Mỹ Kỳ – Giang Tử Giao
Case 13: bắt cóc Thiên Thiên
Quách Tấn An – Trịnh Đông Thành
Hướng Hải Lam – Lương Thiên Thiên
Lưu Gia Huy – Lạc Kiếm Biêu