Un mystérieux dôme invisible et infranchissable s’abat sur Chester’s Mill, une petite ville des Etats-Unis. Toutes les personnes se trouvant à l’intérieur se retrouvent piégées, qu’elles soient résidentes de la ville, ou simplement de passage. Big Jim Rennie, le seul conseiller municipal présent sous le dôme prend les choses en main afin de calmer la situation, il est épaulé par Duke, le shérif, et Laura, sa protégée, mais le pacemaker de Duke explose lorsque ce dernier s’approche trop près du dôme, et Duke meurt sur le coup. Junior, le fils de Big Jim, séquestre Angie, son ex petite amie en lui expliquant que c’est pour son bien. Parmi les personnes de passage, il y a Barbie, un homme qui vient d’en enterrer un autre. Lorsqu’un avion s’écrase sur le dôme, il sauve la vie de Joe, le petit frère d’Angie. Julia, la rédactrice en chef du journal local, accueille Barbie chez elle. Mais lorsqu’il arrive sur place, Barbie se rend compte que l’homme qu’il a enterré le matin même n’est autre que le mari de Julia.

Le décès de Duke laisse Linda aux commandes des équipes de police, secondée par son beau-frère Freddy et par Paul. Ce dernier qui présente des signes forts inquiétants de paranoïa à l'égard de la barrière et des conséquences qu'elle pourrait avoir. Barbie, qui a été recueilli par Julia, s'inquiète de ses plaques militaires qu'il pense avoir perdues lorsqu'il a tué accidentellement le mari de Julia quelques heures avant l'apparition du dôme. Le lendemain matin, Julia décide de commencer à enquêter et observant que les militaires à l'extérieur passent des appels radios, elle se rend à WYBS, la station de rock locale, tenue par Phil Bushey, où Dodee a réussi à décrypter les transmissions armées. C'est ainsi qu'elle découvre que le gouvernement n'a aucun indice concernant le dôme, et que les équipes sur place ignorent comment le détruire. Convaincue que la population doit être informée, Julia passe un message qui bouleverse tous les habitants de Chester's Mill : Il ne s'agit pas d'un mur, mais bien d'un dôme infranchissable même par la voie des airs. Pendant ce temps, Barbie retourne là où il a tué le mari de Julia et croise Junior, qui est convaincu qu'il a couché avec Angie après les avoir vus devant l'hôpital la veille. S'ensuit une violente bagarre qui laisse Junior au tapis. Dans le même temps, Linda conduit le corps de Duke chez le révérend Coggins qui s'occupe des corps. Or Coggins trempait dans la même affaire de propane que Big Jim, et les deux associés jugent qu'il est urgent de faire disparaitre les preuves que Duke aurait pu réunir. Jim fouille le bureau du Shérif mais n'y trouve que le testament de Duke qui indique qu'il lègue sa maison à Linda. Convaincu que les documents compromettants s'y trouvent, il envoie Coggins fouiller le domicile de Duke, mais le révérend déclenche accidentellement un incendie. Or, la sécheresse fait craindre un risque de propagation à toute l'agglomération. La population tente d'arrêter le feu sans le secours des équipes de pompiers qui sont de l'autre côté du dôme, alors que Coggins est enfermé dans la maison. Lorsque Linda le découvre, elle entre dans la maison pour le sauver et y parvient in extremis, alors que Big Jim a récupéré une pelleteuse pour démolir la maison (espérant que le révérend disparaitra dans l'incendie avec son secret). Finalement la population réunie dans cet effort commun salue l'héroïsme de Linda et la réactivité de Big Jim, mais la fête est vite gâchée par Paul, qui fait une scène en public, prétendant que Chester's Mill est condamnée. Freddy tente de le calmer, mais Paul sort son arme de service et tire sur le dôme. Par ricochet, c'est Freddy qui reçoit la balle en plein cœur, avant de mourir dans les bras de Linda.

Une fois au poste pour mettre Paul en cellule, ce dernier réussit à tromper Linda et à s’échapper, après l’avoir enfermée. Big Jim se lance à sa poursuite, accompagné de deux citoyens de Chester’s Mill, Roger et Ollie, ainsi que de Barbie. Grâce à Barbie, ils réussissent à pister Paul et lorsque ce dernier les prend par surprise et se retrouve sur le point de tuer Big Jim, Linda surgit et abat Paul. Angie persuade Junior d’essayer de trouver une issue dans l’ancienne usine de ciment. En apercevant Junior avec du matériel de randonnée, Julia décide de le suivre, mais l’entreprise se solde par un échec et Junior et Julia se retrouvent coincés dans les sous sols de l’usine dans le noir total. Grâce à un article qu’elle a écrit dans le passé, Julia réussit à trouver une sortie. Ben invite tous les jeunes de la ville à venir chez Joe puisque ce dernier a un générateur de secours, et donc, de l’électricité. Carter, le petit dur du lycée, débarque et commence à dicter sa loi mais Norrie s’interpose. Carolyne débarque chez Joe et lorsque Norrie s’apprête à partir avec elle et qu’elle entre en contact pour dire au revoir à Joe, ils convulsent tous les deux en répétant en même temps « Les étoiles roses tombent du ciel une à une ».

Alors que l’armée lève le camp de l’autre côté du dôme, la population organise une manifestation que Linda a beaucoup de mal à contenir. Et elle s’évanouit soudainement frappée par un mal inconnu. Julia, qui cherche toujours son mari, découvre que Phil lui avait racheté sa voiture, mais le Dj tombe également inconscient. A l’hôpital, les infirmières sont dépassées par les évènements et on demande à Alice, qui a fait son internat en médecine, d’aider à gérer la crise, alors qu’elle venait faire des analyses pour Joe et Norrie. Rapidement il semble évident que la ville est victime d’une épidémie de méningite, alors que l’hôpital manque de médicaments. Big Jim demande à Junior d’organiser une quarantaine dans l’hôpital. Mais la situation s’aggrave lorsque le révérend Coggins, qui est persuadé que la maladie est une punition divine, vole le stock de médicaments de la pharmacie locale dans le but de le détruire. Heureusement Jim et Barbie le retrouvent à temps et les malades peuvent être soignés à l’exception de Madame Moore, une enseignante qui se sacrifie pour sauver Linda. La situation étant revenue à la normale, Linda propose à Junior d’intégrer les forces de police.

Les habitants de Chester’s Mill reçoivent une excellente nouvelle. Le gouvernement a autorisé leurs familles restées à l’extérieur à venir passer quelques heures près du dôme avec leurs proches. Tout le monde se réunit alors pour les festivités. Mais pendant ce temps, le révérend Coggins entend dans son sonotone un mot aux connotations bibliques « MOAB », du nom d’une cité maudite, qu’il répète à tout le monde comme une invitation à suivre le message de dieu. La matinée se passe bien, même si les nouvelles ne sont pas merveilleuses pour tout le monde. Julia apprend que son mari a laissé une lettre d’excuse à sa belle sœur, et Linda doit avouer à son mari Rusty que son frère est mort. Des instants difficiles... D’autre part, Big Jim choisit de ne pas libérer Angie par peur que Junior ne soit arrêté. Mais surtout, tout se complique lorsque Barbie réussit à discuter avec un soldat stationné à l’extérieur et qu’il découvre que l’armée va partir définitivement. Faisant le rapprochement entre MOAB et le nom du plus puissant missile thermobarique conçu par l’armée américaine, il comprend que les autorités ont décidé de détruire le dôme au risque de tuer tous ceux qui sont à l’intérieur. Big Jim et Linda organisent alors le déplacement de toute la population de Chester’s Mill vers les sous sols de la vieille cimenterie en espérant échapper au souffle de l’explosion. Heureusement et étrangement, le missile ne réussit pas à détruire le dôme, sauvant la population mais l’enfermant également dans la certitude que le dôme est bien indestructible. Pour finir, Big Jim qui ne supporte plus les délires du Révérend Coggins profite de la confusion pour l’éliminer définitivement.

La situation s’aggrave pour les habitants de Chester’s Mill, lorsqu’à la suite d’un accident de voiture qui brise le château d’eau de la ville, Linda et Barbie découvrent que le Lac Eastpoint, qui est la source d’eau principale de la ville, a été pollué par une nappe de méthane. La population panique alors, craignant de mourir à la fois de faim et de soif, entrainant une émeute dans le centre ville. Linda recrute alors Barbie pour gérer la crise mais la situation devient rapidement incontrôlable. Big Jim tente alors de négocier avec Ollie qui dispose d’un puits sur une vaste nappe phréatique mais la haine que se voue les deux hommes complique la négociation. Big Jim propose alors à Ollie de le fournir en propane et ils passent un accord, alors que la ville est à feu et à sang. Heureusement, alors que tout semble perdu, il se met à pleuvoir, prouvant que le dôme possède un micro climat naturel garantissant des pluies régulières. Dans le même temps, Dodee et Julia suivent un étrange signal qui semble brouiller toutes les transmissions de la ville, et elles découvrent que Joe et Norrie en sont l’origine. Craignant que la population ne s’en prenne à eux si on venait à découvrir qu’ils ont un lien particulier avec le dôme, Dodee et Julia décident de garder le secret, mais réalisent que le dôme est peut-être doué d’une conscience propre. D’autre part, Big Jim propose un marché à Angie si elle évite d’ébruiter l’affaire de l’enlèvement : sa protection et la garantie d’avoir toutes les ressources dont elle aura besoin, en échange de son silence. La jeune fille est déstabilisée par la proposition.