В сериале рассказывается о специальном агенте ФБР Оливии Данэм, безумном учёном Уолтере Бишопе и его сыне Питере, которые исследуют аспекты науки «за гранью», такие как телепатия, левитация, невидимость, реинкарнация, генетическая мутация и так далее. Происходит ряд загадочных событий, называемых «Моделью».
В «Модель» входят такие явления, как ускоренное старение (новорождённый ребёнок за считанные минуты взрослеет и умирает), необъяснимые явления (автобус наполняется странным веществом, которое мгновенно затвердевает, а пассажиры становятся как москиты в янтаре) и многие другие аномалии.
Это выглядит так, как будто кто-то экспериментирует над целым миром, а Оливия, Питер и Уолтер берутся за расследование этих странных событий, чтобы определить их источник. Они обнаруживают связь «Модели» с корпорацией под названием «Мэссив Дайнэмик», которая является ведущей глобальной исследовательской компанией, с множеством патентов на новые и важные технологии.
По мере расследования аномальных явлений, они узнают, что существует параллельная Вселенная, где есть другая Оливия Данэм и другой Уолтер Бишоп. Уолтер из нашей Вселенной нарушил баланс между Мирами, забрав из параллельной Вселенной смертельно больного Питера. Как следствие этого и появилась «Модель». Но как выяснилось позже, все это лишь огромный план, который долгое время воплощался «наблюдателями».