Un avion atterrit, mais tous ses passagers et membres d'équipage sont morts d'une manière étrange. L'agent du FBI Olivia Dunham doit mener l'enquête, qui l'amène à demander l'aide du Dr. Walter Bishop, le Einstein de notre génération. Mais celui-ci est interné depuis vingt ans, et la seule façon de l'interroger est d'amener son fils, Peter, avec qui il n'a plus aucun contact. Sous la direction de l'agent Phillip Broyles, ce trio va découvrir que ce qui est arrivé dans l'avion n'est qu'une petite partie d'une vérité choquante de plus grande envergure.