ในซีซันที่ 4, Sherlock และ Joan ต้องเผชิญกับความท้าทายใหม่ ๆ ขณะที่พวกเขาทำงานในฐานะคู่หูนักสืบ ในภาคนี้มีการสำรวจลึกถึงความสัมพันธ์ระหว่าง Sherlock และ Joan โดยเฉพาะเมื่อมีการกลับมาของ Morland Holmes (รับบทโดย John Noble), พ่อของ Sherlock ที่มีความซับซ้อนในความสัมพันธ์
เรื่องราวเน้นไปที่การสืบสวนคดีที่มีความเกี่ยวข้องกับ Morland และการทำงานร่วมกับ Captain Gregson (รับบทโดย Aidan Quinn) ในการแก้ไขคดีต่าง ๆ ที่ท้าทาย นอกจากนี้ยังมีตัวละครใหม่ ๆ ที่เข้ามาเสริมสร้างความน่าสนใจให้กับเรื่องราว
