A agente do FBI Olivia Dunham é atraída para o mundo obscuro da "ciência fronteiriça" após uma catástrofe inexplicável, unindo forças com um gênio excêntrico internado, Walter Bishop, e seu filho Peter, cético e distante. Investigando uma onda crescente de eventos impossíveis, os três enfrentam teletransporte, controle mental, realidades alternativas e horrores que confundem os limites entre experimento de ponta e pesadelo. Enquanto casos isolados dão lugar a uma mitologia vasta e intrincada, o trio descobre uma guerra em gestação entre mundos paralelos e a interferência que a colocou em movimento. Unindo o suspense arrepiante de um procedural a profundidade emocional e ficção científica que mexe com a cabeça, a série se transforma em uma comovente história sobre pais, filhos e o preço de bancar Deus.