Kiedy międzynarodowy lot ląduje na lotnisku Logan w Bostonie, a pasażerowie i załoga giną w makabrycznych okolicznościach, agentka specjalna FBI Olivia Dunham zostaje wezwana do śledztwa. Po tym, jak jej partner ledwo uchodzi z życiem podczas dochodzenia, zdesperowana Olivia rozpoczyna gorączkowe poszukiwania kogoś, kto mógłby jej pomóc, co prowadzi ją do dr. Waltera Bishopa, Einsteina naszej generacji. Jest tylko jeden haczyk: od dwudziestu lat przebywa w instytucji psychiatrycznej, a jedynym sposobem, aby go przesłuchać, jest wciągnięcie jego odseparowanego syna Petera do pomocy. Kiedy śledztwo Olivii prowadzi ją do manipulacyjnego korporacyjnego dyrektora, ona i jej zespół odkryją, że to, co wydarzyło się na locie 627, to tylko mały fragment większej, bardziej szokującej prawdy i zbadają zatarcie granicy między tym, co możliwe, a tym, co niemożliwe.