Trước báo giới, nhà văn nổi tiếng Michael Peterson khẳng định ông yêu bà Kathleen tha thiết và không bao giờ giết vợ. Song cảnh sát phát hiện hàng loạt điều bất thường. Khi kiểm tra máy tính của Kathleen, nhóm điều tra thấy bà gửi một thư điện tử cho đồng nghiệp vào khoảng 24h, nghĩa là thời điểm nạn nhân sử dụng máy tính sớm hơn rất nhiều so với câu chuyện của người chồng. Ngoài ra, Michael lưu rất nhiều ảnh nam giới đồng tính trong máy tính. Nhóm điều tra thấy một thư điện tử nhà văn gửi tới một trai bán dâm với nội dung gặp nhau để quan hệ tình dục.
Các thư điện tử khác của Michael cho thấy ông ta có quan hệ tình cảm với một người cùng giới. Nhóm điều tra nhận định rất có thể Kathleen phát giác mối quan hệ ngang trái và Michael tức giận hoặc xấu hổ nên đã giết bà. Một điều bất ngờ nữa là, dù khá nổi tiếng, Michael không hề tạo ra thu nhập trong hơn 2 năm gần nhất, nghĩa là cả nhà sống nhờ lương của Kathleen. Ngoài ra, Michael là người thừa hưởng tiền bồi thường trên hợp đồng bảo hiểm nhân thọ có mệnh giá 2 triệu USD của vợ. Đây cũng có thể là một động cơ giết người nữa.
Để có chứng cứ đáng thuyết phục, nhóm điều tra xem kỹ quần soóc Michael mặc vào đêm án mạng xảy ra. Hàng loạt dấu vết trên quần cho thấy ai đó cố rửa sạch những vệt máu ở mặt trước. Nhưng khi quan sát mặt trong của quần, họ thấy vài vết máu nhỏ ở vùng đũng.
Sự xuất hiện của những vết máu ở mặt trong của đũng quần cho thấy, rất có thể Michael đứng ở phía trên cơ thể vợ và đánh bà bằng vật cứng khiến máu văng qua ống quần và bám vào mặt trong. Khi dùng nước để rửa vết máu, những kẻ giết người chỉ chú ý tới máu ở phần bên ngoài quần, chứ hiếm khi nghĩ tới khả năng máu bám ở mặt trong.
Một dấu giày dính máu tồn tại trên quần của nạn nhân. Nó trùng khớp với đế giày của Michael. Rất có thể Michael vô tình giẫm lên chân của vợ sau khi đánh bà và máu nạn nhân dính vào đế giày của ông ta.
Trong quá trình điều tra vụ án, cảnh sát phát hiện một sự việc bất thường khác. 16 năm trước, Michael và người vợ đầu sống ở Đức. Họ chơi thân với Liz Ratlift, một phụ nữ rất giàu. Quan hệ của họ thân thiết tới mức Liz viết trong di chúc rằng Michael sẽ thừa hưởng một phần tài sản của bà và nuôi hai cô con gái nếu chẳng may người phụ nữ này qua đời. Vào một ngày nọ, người thân phát hiện xác của Liz ở chân cầu thang.
Hồi đó, cảnh sát Đức kết luận cái chết của Liz là một tai nạn. Nhưng khi cảnh sát Mỹ sang Đức để khai quật tử thi Liz và khám nghiệm, họ phát hiện 7 vết nứt trên hộp sọ - một tình tiết giống hệt vụ án mạng của Kathleen.
Những vết nứt trên sọ Kathleen cho thấy một vật dài và hẹp đập vào đầu bà. Trong nhiều ảnh gia đình nạn nhân, cảnh sát thấy một ống thổi được dựng sát lò sưởi. Nhưng sau vụ án mạng, nó đã biến mất.
Nhóm điều tra tin rằng Kathleen chết vài giờ trước khi Michael gọi 911 vào sáng sớm ngày 9/12/2001. Hôm ấy, Kathleen lên gác, bật máy tính của chồng để gửi thư điện tử cho đồng nghiệp. Bà vô tình phát hiện bằng chứng về việc Michael là người đồng tính và có quan hệ vụng trộm với một người đàn ông khác, cũng như thường xuyên quan hệ tình dục với trai bán dâm. Quá sửng sốt, Kathleen bước xuống tầng trệt để chất vấn chồng.
Nổi giận và xấu hổ vì bí mật bại lộ, nhà văn cầm ống thổi lò sưởi đập vào đầu vợ nhiều nhát khi bà bước lên cầu thang để trở lại tầng 2. Sau đó ông ta vô tình giẫm lên chân của vợ, để lại dấu giày dính máu trên quần của bà. Trong lúc người phụ nữ bất tỉnh, Michael tháo đôi giày rồi dàn dựng hiện trường.
Trong lúc cố gắng sắp xếp hiện trường giả và lau máu trên tường, đột nhiên Michael nhận thấy Kathleen cử động. Bà đứng dậy và giẫm lên máu. Ngay lập tức nhà văn đẩy vợ ngã xuống rồi vớ ống thổi lò và tiếp tục đánh khiến máu văng vào phía trong quần soóc ông ta mặc. Máu nạn nhân cũng văng lên khoảng tường mà Michael vừa lau.
Sau khi gây án, Michael cầm ống thổi lò, mở cửa sau và bước ra ngoài để ném hung khí. Máu trên tay nhà văn dính vào cửa và rơi xuống lối đi ở sân sau. Giấu xong hung khí, ông ta cố gắng rửa sạch máu ở bên ngoài quần soóc, nhưng không hề biết máu cũng văng vào bên trong quần. Xong xuôi mọi việc, Michael gọi 911.
Với những bằng chứng chắc chắn, cảnh sát bắt Michael Peterson vì tội sát hại vợ. Trong phiên xử tại tòa án sơ thẩm thành phố Durham, bang North Carolina vào tháng 6/2003, bồi thẩm đoàn gồm 12 người kết luận bị cáo phạm tội cố ý giết người. Bị cáo lãnh án chung thân.
Các con gái của nạn nhân Kathleen bật khóc khi tòa tuyên án cha dượng. Cảnh sát tin rằng Michael Peterson cũng là kẻ gây nên cái chết của bà Liz Ratlift bên Đức. Song với bản án chung thân dành cho bị cáo, các công tố viên nhận thấy họ không cần điều tra cái chết của Liz Ratlift.