Quando un volo internazionale atterra all'aeroporto Logan di Boston con tutti i passeggeri e l'equipaggio morti in modo raccapricciante, l'agente speciale dell'FBI Olivia Dunham viene chiamata a indagare. Dopo che il suo partner viene quasi ucciso, una disperata Olivia cerca aiuto, trovandolo nel Dr. Walter Bishop, l'Einstein della nostra generazione. C'è un problema: è stato internato per vent'anni e per interrogarlo è necessario coinvolgere il figlio Peter, con cui non ha rapporti. Quando l'indagine di Olivia la conduce a un dirigente aziendale manipolatore, lei e la sua squadra scopriranno che quanto accaduto sul volo 627 è solo un piccolo pezzo di una verità più grande e scioccante, esplorando il confine sfumato tra il possibile e l'impossibile.
