Serial opowiada historię agentki FBI Olivii Dunham, która w rozwiązywaniu niezwykłych i niewytłumaczalnych spraw współpracuje z ekscentrycznym, ale genialnym naukowcem Walterem Bishopem oraz jego synem Peterem. Zespół bada serię tajemniczych zjawisk, które wymykają się racjonalnemu wyjaśnieniu, często balansując na granicy nauki i zjawisk paranormalnych.