A agente especial do FBI Olivia Dunham é designada para a Divisão de Ciências Marginais do Birô para investigar crimes e ocorrências fora do normal. Ajudando Olivia em suas investigações está o cientista Walter Bishop, seu filho pau pra toda obra Peter e a agente júnior do FBI Astrid Farnsworth. Enquanto a equipe investiga casos científicos que deram errado, descobrem conexões com seu próprio passado e com um universo paralelo. À medida que exploram a vida e solucionam casos nesses mundos interconectados, novas descobertas e complicações continuam a emergir.
