La definizione di serial killer che dà la criminologia moderna è quella adottata dall' FBI nel Crime classification Manual, pubblicato nel 1992 : “l'omicida seriale è colui il quale commette tre o più omicidi, in tre o più località distinte, intervallate da un periodo di raffreddamento emozionale (cooling off time)”. L'aspetto peculiare sta proprio in quel “raffreddamento emozionale” che distingue il serial killer dal mass murderer (o assassino di massa, che commette tre o più omicidi ma nello stesso luogo e nello stesso momento) e dallo spree killer (omicida compulsivo che commette diversi omicidi durante lo stesso atto criminoso ma in luoghi diversi). Mass murderer e spree killer hanno una forte predilezione per le armi da fuoco e sono generalmente di sesso maschile. Il movente di queste due figure è solitamente legato a fallimenti sentimentali o professionali.
Il serial killer è invece una figura del tutto diversa. Costruisce nella sua mente schemi precisi, quasi sempre generati da eventi traumatici vissuti nell'infanzia. Esegue i suoi crimini seguendo il suo schema in modo estremamente meticoloso e pianificando il reato nei minimi dettagli. Cerca vittime che devono rispondere a caratteristiche ben precise, diverse da killer a killer, ma che quasi sempre sono riconducibili a disturbi della sessualità spesso dovuti ad abusi e maltrattamenti subiti nell'infanzia. L'esecuzione segue un rituale specifico e riconoscibile in ogni omicidio: questo è anche il marchio che identifica il singolo serial killer. A differenza del mass murderer e dello spree killer, il serial killer non si ferma se non per cause da lui indipendenti, quali l'arresto o la sua morte; c'è sempre infatti una componente psicologica interna che lo spinge al comportameno omicidiario ripetitivo (coazione a ripetere). Raramente usa armi da fuoco per commettere i suoi crimini, preferendo invece modalità che comportino una sadica eccitazione come torturare, sezionare, massacrare.
Si è cercato di individuare segnali precoci di una predisposizione, in modo da evitare l'escalation della “carriera” del serial killer. Benchè non esista uno specifico “clichè” che possa identificare con esattezza un futuro assassino seriale, gli studi sull'infanzia di numerosi soggetti hanno individuato una serie di caratteristiche comuni ad un gran numero di serial killer, quali l'enuresi (cioè il protrarsi fino all'età puberale di disturbi dell'urinare nel letto durante le ore notturne); il sadismo verso gli animali (come nel caso di Jeffrey Dahmer, il famoso mostro di Milwakee che nell'infanzia sezionava cani e gatti randagi); la piromania (il bambino che ha la tendenza ad accendere spesso dei fuochi manifesta una forte rabbia di aggressività, che nell'età adulta possono andare peggiorando. Anche in questo caso la connotazione sessuale è evidente: il piromane infatti non si soddisfa con l'appiccare l'incendio ma raggiunge l'eccitazione sessuale nel guardarlo).
Nel 2005 va in onda la serie TV Criminal Minds, in cui una squadra del Behavioural Analysis Unit dell'FBI indaga per catturare i serial killer. Nel 2006 esce la serie televisiva Dexter: qui il protagonista, un uomo all'apparenza comune, è in realtà un serial killer che cerca di ripulire la società dai suoi più feroci assassini, spinto da un trauma infantile che ha causato il suo impulso omicida.