倫敦警察局正為一系列自殺案件忙得不可開交,所有死者皆因服用了致命的有毒膠囊而相繼死去。于是，走投無路的lestrade警官不得不轉向sherlockholmes（夏洛克•福爾摩斯）——這位非官方的偵探顧問尋求幫助。sherlock從案件的蛛絲馬跡推斷出,這一連串事件並非單純的自殺，而是有一名連續殺人犯在幕後主使。與此同時,同在尋找公寓舍友的johntson（約翰•華生）和sherlock經介紹相識,兩人一拍即合,當即搬入貝克街221b的公寓。
在推理與追擊下,殺人凶手終于露出了真實面目——一名倫敦的士司機。sherlock單槍匹馬與凶手進入空無一人的教堂，在那里，凶手透露了他的作案手法，那便是用手槍指著被害人,強迫他們參與一場俄式輪盤般性命的豪賭︰兩顆膠囊，一顆無害,一顆致命。當被害人做出了選擇，凶手便拿起另外一枚膠囊，與之同時吞服。然而，連贏四局的凶手，果真是被命運眷顧嗎？危險一觸即發。緊要關頭，尾隨而至的tson舉起手槍，射殺了出租車司機。在sherlock的逼問下，快要氣絕的凶手終于說出整個事件真正的幕後操控者——moriarty。
本集改編自holmes與tson的首個案子︰血字的研究（astudyinscarlet）。在原著的基礎上，編劇做出了許多巧妙有趣的改編。例如，受害人留下的死亡訊息︰rache，在原著中holmes解釋為德語「復仇」。然而在bbc劇集中，sherlock卻否定了警官提出的「復仇」概念，繼而指出rache是女名︰rachel，被害人死去的女兒，同時也是她手機中的密碼。正是靠著這條死亡訊息，sherlock開啟了全球衛星定位系統，開始了對犯人的追擊。除此之外，還有許多精心布置的細節，例如在全城禁煙的倫敦，大煙槍sherlock沒了經典的煙斗，只能靠尼古丁貼片保持思維興奮。諸如此類的設計，無不在sherlock與tson宏大的冒險中，向原著致敬。
本作第一主角，自稱職業為「咨詢偵探」，與華生醫生合租貝克街221b公寓。平時待在公寓里等待警方的咨詢或者關注報紙和網上的新聞案件，穿著隨意，破案時行頭通常為黑色西裝，外面罩一件黑色長毛呢風衣，圍深藍色圍巾。被莎莉•多諾萬警官稱作「怪胎」，因莫里亞蒂設下的圈套，夏洛克為保護華生和其他重視的人的生命，在華生面前墜樓，不過奇跡般的假死月兌身。
夏洛克•福爾摩斯
約翰•h•華生/johnhtson（馬丁•弗里曼/martinfreeman飾）
本作另一位主角，退伍軍醫，曾服役于前諾桑伯蘭第五明火軍團，夏洛克•福爾摩斯的室友、摯友和助手，與其合租貝克街221b公寓。左肩在戰斗時中彈，留下了心理障礙以致跛足，但在「粉色的研究「一集中和sherlock追蹤凶手，穿越倫敦市區的過程中克服了心理上的傷殘障礙而痊愈。有一個嗜酒的同性戀姐姐harry。第三季中與瑪麗•莫斯坦結婚。
約翰•h•華生
吉姆•莫里亞蒂/jimmoriarty
（安德魯•斯科特/andrescott飾）
第一季和第二季的最終反派，自稱是個「咨詢罪犯」。聰明狡猾，行事低調謹慎，手下不計其數。視夏洛克•福爾摩斯為勁敵，所有的案子或多或少都與他有所關聯。制造出一連串案件，甚至拿華生和夏洛克身邊的人相威脅，只為徹底打敗他，抹殺掉夏洛克•福爾摩斯的存在。第二季最後與夏洛克在屋頂對決，為逼其自殺，飲彈自盡。第三季最後在全英格蘭的所有電子屏幕中露臉。
吉姆•莫里亞蒂
查爾斯•奧古斯都•瑪格努森/charlesaugustusmagnussen
（拉斯•米科爾森/larsmikkelsen飾）
第三季的重要反派角色，記憶能力相當高超，能迅速找到對方要害，擁有許多隱秘的資料，並以此用來威脅西方的各個國家。
查爾斯•奧古斯都•馬格努森
邁克洛夫特•福爾摩斯/mycroftholmes
（馬克•加蒂斯/markgatiss飾）
夏洛克的親哥哥，英國政府的高級官員（mi6）。他這個身份曾被夏洛克用來當做調查的通行證（s2e2巴斯克維爾的獵犬）。跟夏洛克關系比較冷淡，在s3e1中提到是他和夏洛克秘密商討制訂「假死計劃」並協助夏洛克成功實施，親自潛伏進入了塞爾維亞，救出了在那里正在被嚴刑逼供的夏洛克。
邁克羅夫特•福爾摩斯
雷斯垂德/lestrade
（拉珀特•格雷夫斯/rupertgraves飾）
教名格雷格，倫敦警局的警官，莎莉和安德森的上司。經常請夏洛克幫忙，算是夏洛克在警察中比較認同和相信的一個，每當需要警方的力量時，夏洛克總是第一個想到雷斯垂德。s2e3中，在部下和倫敦警長格萊森的巨大壓力下違心的追捕夏洛克，但心里還是有所疑惑，後來被夏洛克和約翰逃月兌。
雷斯垂德
赫德森太太/mrshudson
（尤娜•斯塔布斯/unastubbs飾）
貝克街221b的房東，有時也照顧夏洛克和約翰的生活。跟約翰一樣，雖然對夏洛克抱怨不止，但跟他的感情較深，甚至把他當做自己的孩子一樣看待。
赫德森太太
茉莉•琥珀/mollyhooper
（露•布瑞麗/loobrealey飾）
法醫，跟夏洛克關系比較好的人之一，對夏洛克抱有好感，在聖誕節時為他精心準備了一份禮物，夏洛克在被莫里亞蒂逼入絕境時曾請求她的幫助。
茉莉•琥珀
艾琳•艾德勒/ireneadler
（勞拉•普沃/larapulver飾）
艾琳•艾德勒是福爾摩斯一生中最敬佩的女性，很多以福爾摩斯為題材的作品（如《大偵探福爾摩斯》、《貝克街的亡靈》）都將兩人所謂的「愛情」當作噱頭，但官方說法是，福爾摩斯並沒有愛過她，只是把她當作一位可敬的對手。
艾琳•艾德勒
瑪麗•莫斯坦/marymorstan
（阿曼達•艾賓頓/amandaabbington飾）
在第三季第一集中以約翰女友的身份首次出現，第二集中與約翰結婚，第三集中坦白自己是冒充一個叫mary的死者的潛逃特工，因馬格努森知道她的秘密，而企圖滅口，但卻射傷了夏洛克。本人很愛華生，懷了華生的孩子，幫助夏洛克破案。
瑪麗•莫斯坦
配角
anderson——jonathanaris，已故演員benaris的兒子，開始在坎伯維爾藝術學院學畫畫，後來劍橋大學讀意大利和俄國語言或者是文學類專業，後來就讀于倫敦著名的韋伯道格拉斯戲劇藝術學院，開始演藝生涯。
molly——loobrealey，是一位女演員兼記者。畢業于達姆愛麗絲學校，在去紐約城的theleestrasbergtheatreandfilminstitute（很有名的影視學校，安吉麗娜•朱莉和李家豪曾經在這里學習）之前在劍橋大學讀歷史系。她為包括premiereuk，empire，sky，theface，neonandtotalfilm在內的許多雜志貢獻了許多評論與導讀。
夏洛克的父母——第三季中出現的夏洛克•福爾摩斯的父母是由本尼迪克•康伯巴奇現實中的父母︰蒂莫西•卡爾頓（timothycarlton）和萬達•泛森（ndaventham）客串出演[2]。
john的心理醫生——tanyamoodie，此女士為rada（皇家戲劇藝術學院）畢業生，演戲的同時也在母校帶研究生，常年出沒在皇家莎士比亞劇團，皇家宮廷劇場還有國家大劇院，演話劇，也演音樂劇，形象多以冷艷高貴著稱。
s2e3，與哥夫對簿公堂的原告律師——jayegriffiths，畢業于市政音樂戲劇學院，她不僅是演員，還是個專業飛鏢運動員，定期參加世界錦標賽。
s2e2，素食旅館店小老板billy（小個子的那個）——kevintrainor，劍橋大學英文系學士學位，也在rada皇家戲劇讀過，西班牙語流利，大概是西班牙裔。是優秀的弗拉明戈舞者，讀書的時候就開始演戲，演遍全國，也出沒于皇家莎士比亞。
s2e2，導游小哥——stephenght，80年小哥，倫敦藝術大學畢業，出沒在國家大劇院演過一堆戲，曾在倫敦多瑪倉庫劇院演唐璜，拿過一個最佳新人獎。在《指匠情挑》中也有出演。
s2e2，清秀俊美的在巴斯克維爾基地給福華帶路的小哥——08年劍橋古典文學畢業生，一畢業就加入了皇家莎士比亞。也是編劇和導演，導了一個短電影《blackpond》，baftaoutstandingbritishdebut提名了這部電影。
s2e1，提醒華生的直升機小哥——在《哈利•波特與死亡聖器（下）》中飾演小盧平。bovts戲劇學院（就是奧利弗辦那個）學生，90年出生。國家青年劇院會員，得過國家級歌劇獎和話劇獎。
s2e1，在白宮中委托sherlock案子的麥哥老相好——harry，andrehavill，畢業于艾克塞特大學（官方排名在第10，缺爺的曼大在第32），是牛津大學戲劇協會的一員。同時，他也是皇家莎士比亞劇團和nationaltheatre的成員。在鐵娘子中他也飾演內閣大臣，在國王的演講中飾演robertod，也曾在《doctoro》中出現過。
s2e1，john的炮灰女友——oonacastillachaplin，卓別林的外孫女。參演了gameofthrones2x04-gardenofbones。
s1e2，中國妹子姚素林——gemmachan，父親中國人，從小在英國長大，牛津大學法學系畢業。剛畢業後是在律師事務所中從事律師的，後才走上了演員道路，年輕一代英國華人演員之一，從曝光度上看，也是比較成功的一個。在《doctoro》中也有出演。
s1e2，卷福的老相好——bertiecarvel，畢業于蘇塞克斯大學（第14位）和倫敦皇家藝術學院rada。精通法語，還會少林南北拳。bertie主要參演舞台劇，偶爾也客串一下電視劇，如《doctoro》，在《霍金》中他演的依舊是缺爺的同學。剛剛得了2012奧利弗最佳音樂劇男主角，和bc&米勒一起瓜分了奧利弗獎的兩個男主角獎，而且他那個角色據說是反串。
s1e1，粉色研究女尸體——louisebreckonrichards，市政廳音樂戲劇學院畢業，演員及編劇。過去二十年演過電影，劇集，主要是在各大劇場演戲。她創作的第二部劇即將在國家大劇院上映。