友人の家から帰宅中に恐ろしいものを目撃した少年・ウィルが、忽然と姿を消す。その頃、町の国立研究所では、恐るべき実験が行われていた。

ルーカス、マイク、ダスティンの少年3人組が、森の中である少女を見つける。ジョイスは怪しい電話の件を警察に報告するが、取り合ってもらえなかった。

ジョイスは、ウィルが自分にメッセージを送っていると確信する。一方、バーバラの安否を心配するナンシーは、ジョナサンが撮った写真に目を留める。

ウィルの生存を信じ、何とか連絡を取ろうと必死になるジョイス。そんな中、少年らは変装したイレブンと学校に向かう。ナンシーとジョナサンは、調査を開始する。

ホッパーが研究所に忍び込み、少年たちは異次元の話を先生に尋ねる。ナンシーとジョナサンは、ウィルを連れ去った謎の生物と対峙する覚悟を決める。

暗闇の中で共に恐怖を体験し距離を縮めるジョナサンとナンシー。そんな2人を見て、スティーブは嫉妬する。一方、ホッパーとジョイスは、研究所で行われている実験の実態を知る。