L'agente spéciale du FBI Olivia Dunham fait partie du bureau de la Division Fringe, où elle enquête sur des crimes aux circonstances inhabituelles. Le Dr Walter Bishop, un scientifique autrefois interné, Peter, son fils touche-à-tout, et le jeune agent Astrid Farnsworth aident la jeune femme dans ses investigations. Alors que l'équipe enquête sur des phénomènes étranges et inexpliqués, chacun découvre des liens entre son propre passé et un univers parallèle. Et, à mesure que le groupe d'enquêteurs parvient à résoudre les cas dans ces deux mondes étroitement liés, de nouvelles découvertes et complications continuent de surgir.
