Den 24. desember 2002 rapporterte Scott Peterson til politiet at hans åtte måneders gravid kone, Laci Peterson, var savnet. Han nevnte at han sist hadde sett henne rundt 9:30 før han dro på fisketur. Scott la igjen en melding til Laci rundt klokken 14.30. Da han kom hjem, fant han hunden deres, McKenzie, i bakgården med båndet fortsatt på, Lacis bil i oppkjørselen og eiendelene hennes inne i huset. Han informerte politiet om at Laci hadde planlagt å ta hunden med på tur, og en nabo vitnet om å ha sett hunden på gaten med båndet, men uten Laci. Saken var både nervøs og urovekkende, og Netflixs «American Murder: Laci Peterson» dykker ned i bevisene og saken bygget mot Scott Peterson for drapet på hans kone og ufødte barn.
Påtalemyndighetens sak mot Scott Peterson var hovedsakelig bygget på omstendigheter, siden den manglet direkte fysisk bevis. Disse inkluderte Scotts angivelig avvisende oppførsel under etterforskningen og påstander fra detektiver om at han hadde vært motvillig til å tillate ransaking av båten og huset hans. Hans affære med Amber Frey, som hun hadde avslørt for politiet 24. januar 2003, var et stort rødt flagg i saken. Dessuten mente myndighetene at det faktum at han solgte Lacis bil og planla å selge huset deres også var en indikator på hans skyld.
Den 18. april 2003 bekreftet DNA-analysen at likene til en voksen kvinne og et fullbårent mannlig foster som ble friskmeldt fra San Francisco Bay-kysten ved Richmond's Point Isabel Regional Shoreline Park den 13. april, var likene til Laci og hennes barn, Conner . Scott ble arrestert i San Diego nær en golfbane i La Jolla med $15 000 i kontanter, campingutstyr, klær, flere kredittkort og brorens identifikasjonskort. Han hadde også farget håret blondt og dyrket fippskjegg, noe som fikk ham til å ligne broren. Detektiver påsto at Scott planla å flykte til Mexico, men Scott og familien hans insisterte på at han bodde utenfor bilen sin for å unngå medieoppmerksomhet og bar brorens ID for å få tilgang til en golfkølle.
Scott Peterson ble arrestert samme dag på siktelser for to forbrytelser for drap med overlagt overlagt og spesielle omstendigheter. Han ble fraktet tilbake til hjembyen og booket inn i Modesto County-fengselet. 21. april ble han stilt for retten ved Stanislaus County Superior Court, hvor han erkjente seg ikke skyldig i anklagene. På grunn av den intense medieoppmerksomheten rundt saken, ble rettssaken hans flyttet til San Mateo County, med start 1. juni 2004. Amber Frey vitnet mot ham, og med bevisene som ble presentert, ble Scott funnet skyldig 12. november 2004, for første gang -gradsdrap med spesielle omstendigheter for Lacis død og andregradsdrap på Conner.
Den 13. desember anbefalte juryen en dødsdom for Scott, som dommeren stadfestet den 16. mars, og dømte ham til døden ved dødelig injeksjon og beordret ham til å betale 10 000 dollar for sin avdøde kones begravelse. Han ble deretter fengslet i San Quentin State Prison, Californias eneste dødscelleanlegg. En talsperson for fengselet informerte People magazine at Scott hadde blitt ganske populær, og fikk kallenavnet 'Scottie-Too-Hottie', og ble likt av kvinnelige vakter mens han mottok brev fra folk over hele landet. I 2012 observerte journalisten Nancy Mullane Scott i fengselet og bemerket at han ikke virket 'deprimert', men så 'frisk'.
I desember 2003 anla Laci Petersons mor et søksmål på 5 millioner dollar mot Scott Peterson for døden til Laci og hennes ufødte barn, og initierte både en urettmessig dødsaksjon og en overlevelsesaksjon. I oktober 2005 ble inntektene fra Lacis livsforsikring på 250 000 dollar tildelt moren hennes, og i april 2009 ble det urettmessige dødssøksmålet henlagt. Scott ble værende i San Quentin State Prison og anket hans dødsdom direkte til høyesterett i California i juli 2012. I november 2015 sendte Scott Peterson inn en begjæring om habeas corpus for å innføre nye bevis i saken hans. Han hevdet at flere naboer hadde vitnet om å ha sett Laci i live etter at han hadde forlatt huset dagen da hun forsvant.
Begjæringen hevdet også at jurymedlemmene hadde mishandlet, og hevdet at en av jurymedlemmene hadde løyet om hennes historie med vold i hjemmet, noe som gjorde henne uegnet til rettssaken. Retten hørte argumenter for hans direkte anke i juni 2020, hvor Scotts forsvarer hevdet at en potensiell jurymedlem var blitt urettmessig avskjediget og at flere feil hadde skjedd under rettssaken. 24. august 2020 opphevet retten dødsdommen hans.
Etter at påtalemyndigheten bestemte seg for ikke å prøve straffefasen på nytt, 8. desember 2021, klaget California Superior Court Scott til livsvarig fengsel uten mulighet for prøveløslatelse for førstegradsdrap på Laci og samtidig 15 år til livstid for andre- grad drap på deres ufødte barn. Påstanden om juryledens uredelighet ble ikke innrømmet i retten. 20. desember 2022 ble hans habeas corpus-anke også avvist.
I januar 2024 kunngjorde Los Angeles Innocence Project at de hadde tatt opp Scott Petersons sak og sendt inn nye begjæringer for å søke ytterligere høringer for å innrømme nye bevis og gjennomføre DNA-testing. Blant forespørslene godkjente retten bare testingen av et 15,5-tommers stykke gaffatape som ble funnet på Lacis bukser under obduksjonen hennes. Andre forespørsler fra forsvaret, som DNA-testing på en bloddekket madrass funnet i en brent varebil nær Scott og Lacis hjem, ble avvist.
Påtalemyndigheten motsatte seg fremstøtet for ny DNA-testing, og hevdet at lignende tester allerede hadde blitt utført i 2013 og 2019, og de hadde ikke frikjent Scott på det tidspunktet. Til tross for påtalemyndighetens innvendinger, ga retten testing av gaffatapen, og i juli 2024 ble det holdt en høring for å finne ut hvilket byrå som skulle utføre testene. Scott, nå 51 år gammel og fortsatt fengslet i Mule Creek State Prison i Ione, California, kjemper for det som kan være hans siste sjanse i en ny rettssak, fast bestemt på å sikre løslatelsen hans.