Un avion est retrouvé dans l'aéroport international Logan de Boston (Boston's Logan Airport). Tous les passagers et l’équipage sont morts d’une façon effroyable, l’agent spécial du FBI Olivia Dunham est alors appelée pour mener l’enquête. Celle-ci prend une tournure des plus dangereuses lorsque son partenaire, l’agent spécial Agent John Scott, échappe de peu à la mort. Olivia Dunham trouve de l'aide auprès du Dr. Walter Bishop, qui accepte à une seule condition : il veut revoir son fils dont il a été séparé par le gouvernement. Avec l’aide de l’agent Phillip Broyles, ils vont découvrir que le crash fatal n’est qu’une petite pièce d’une grande et terrible vérité.

Une femme conçoit, porte et donne naissance à un bébé en l'espace de quelques minutes, entraînant sa mort. Le bébé meurt de vieillesse trois heures plus tard. Ces évènements vont être la base d'une enquête concernant des "cultures de soldats".

Les passagers d’un bus sont victimes d’un terrible événement. Un gaz propagé dans l’enceinte du véhicule les laisse sans vie, comme pris dans de l’ambre. L’enquête mène Olivia, Walter et Peter vers un homme qui aurait eu une vision du drame avant que celui-ci ne se produise.

Une explosion a lieu dans un chantier de construction à New York. Un objet cylindrique mystérieux est retrouvé dans les décombres. Des clichés des lieux indiquent la présence d’un homme chauve et imberbe. Olivia réalise que cet homme mystérieux figure sur les photos des scènes d’événements surnaturels. Olivia propose à Peter de devenir consultant pour le FBI.

Un ascenseur s’écrase du 26e étage d’un building, entraînant la mort de huit personnes. Le seul rescapé est un jeune homme, employé dans une société de coursiers, qui semble entraîner, malgré lui, des défaillances dans les systèmes électroniques. Au cours de l’enquête, Walter Bishop comprend que la catastrophe est due à l’influence électromagnétique d’un individu. Olivia est en proie à des hallucinations où John lui parle.

Le FBI enquête sur la réapparition d'une femme qui a disparu il y a des semaines. Une femme atteinte d'une maladie rare et qui cause d'attroces souffrances aux gens qu'elle croise. Durant l'enquête, un haut niveau de radiation est détecté.

Un généticien blesse mystérieusement au coeur un agent du FBI. L'agent Dunham se rend alors en Allemagne pour rencontrer un prisonnier qui pourrait bien avoir l'information nécessaire à sa survie.

Olivia, Peter et Walter enquêtent sur la disparition d'un jeune prodige de la musique, qui s'inscrit dans une série de kidnapping de petits prodiges. Lorsque Walter découvre comment les enfants sont enlevés, il fait immédiatement le lien avec les travaux d'un de ses amis de l'institut psychatrique. Peter est très inquiet, quand son père décide d'y retourner.

Un employé de "Massive Dynamic" se jette dans le vide, après une hallucination dans laquelle il se faisait attaqué par des papillons. L'agent Scott semble encore une fois être la clé de l'enquête, mais Olivia en a assez et demande à Walter de le faire disparaître de ses pensées. Pendant ce temps, Peter reçoit la visite d'une vieille connaissance.

L'équipe est appelée pour enquêter sur le cambriolage d'une banque. Un cambriolage spéciale puisqu'un des hommes est retrouvé mort, littéralement encastré dans un mur. Walter pense immédiatement à une expérience qui a mal tourné.