スコット・ピーターソン
法科学的な意味での証拠と認められたのは一本の髪の毛だった。このレイシーのものとされた毛は、ピーターソンの船にあったプライヤから見つかったものである。
ほかに裁判中に検察側から証拠として提示されたのは、ピーターソンが外見を変えるとともに、マスコミの目を避けるためという名目で母の名前を使って車を購入したという事実だった。さらに彼は妻の失踪から数日しか経っていないのに、加入しているケーブルテレビにポルノ専門チャンネルを2つ追加で契約していた。検察は、これを彼が妻が家に戻ってこないであろうことを知っていた証拠に挙げた。ピーターソンは、レイシーと名義を共有していた家や彼女のランドローバーの売却にも興味を示していたことも明らかにされた。
アメリカ地質調査所の水門学者でありサンフランシスコ・ベイの潮流に関する専門家として、リック・チェンが検察側の証人に立った。しかし、チェンは反対尋問で自分の所見が「有力だが、厳密なものではない」ことを認めている。潮流の仕組みは非常に複雑で、遺体が遺棄されてから漂流・漂着するまでを正確にモデリングすることはできなかったのである。裁判の途中で、検察はピーターソンとフライの不倫と、録音済の通話内容についても議題に挙げた。
当時ピーターソンの家の郵便受けから小切手を盗んだと訴えられている売春婦がいたので、弁護人はレイシーを殺害したのはその女ではないかと主張したが、モデスト警察署の刑事マイク・ハモサは、失踪事件においてこの女性が容疑者であったことは一度もないと証言した。
ピーターソンは、ラホヤのゴルフコースのそばで、2003年4月18日に逮捕された。彼が言うには、ここに来たのは一緒にコースをまわる父と弟に会うためだった。彼はもともとダークブラウンだった髪の毛を金髪に染めており、運転しているメルセデス・ベンツは雑多なものが「あふれるように」積まれていた。例えば15,000ドル近い現金、12錠のバイアグラ、サバイバルキット、キャンプ用品、数日分の着替え、4台の携帯電話などであり、自分のものだけでなく弟の免許証も見つかった。ゴルフコースにはサンディエゴの住民向けの割引があったのでそれを利用するため前日に弟の免許証を使っており、荷物についても当時のピーターソンはマスコミの注目度が上がったため車上生活をしていたのだ、とピーターソンの父親が説明した。しかし、警察はこれがピーターソンがメキシコに脱出する計画を持っていたことを示すものだと考え、後に検察もそれに同調した。
2003年4月21日、ピーターソンはスタニスラウス郡にある高等裁判所で裁判官のナンシー・アシュリーに対して罪状認否を行った。彼は特別な事情を鑑みつつ計画性のある殺人を行ったとして2つの重罪に問われている。レイシーに対する一級殺人罪と、コナーに対する二級殺人罪だった。ピーターソンは無罪を主張した。
ピーターソンの弁護士クリフ・ガードナーは、この裁判は世間の注目を集めすぎ、判決を下すための証拠の取り扱いも妥当でないなどの誤りがあったことから、ピーターソンは公正な審理を受ける機会を奪われたという意見を述べている。2012年7月6日、ガードナーはピーターソンの判決を不服とする423ページに及ぶ申立書を提出した。州検事総局も2015年1月26日に弁駁書を提出している。弁護側は、2015年7月にこれに応じており、レイシーの遺体をバークレイ・マリーナで探知した警察犬は同様の条件下で試行すると3回に2回は失敗したと反論している。
2015年11月、弁護側は陪審の1人の資格申請書類に虚偽があり、スコットが帰宅した後にレイシーの生きた姿を目撃した近隣住人も複数いると主張し、人身保護令状を申請した。2017年8月10日、州検事総長は控訴に反論する150ページの文書を作成して、ピーターソンによるレイシー殺害の「圧倒的な証拠」を無視していると批判した。副検事総長のドナ・プロヴェンツァーノは、弁護側主張の時系列が依拠する証言をした近隣住民は、ピーターソン家の飼い犬であるゴールデンレトリバーがリードをつけたまま迷い出ているのを見ているにもかかわらず、それより後に犬を連れたレイシーを見たと言っていることを指摘している。プロヴェンツァーノは、26の州とさらに国外で彼女の目撃情報が74件寄せられているとおり「レイシーを目撃したと称する情報はたくさんある」と語っており、そのほとんどが現実味がなく裏付けもとれないとしている。