Temperance Brennan est une anthropologue hautement qualifiée qui travaille à l'Institut Jeffersonian. En examinant les squelettes de personnes décédées, elle est capable d'en reconstituer la vie et les circonstances de la mort. De telles capacités n'échappent pas au FBI qui fait appel à ses services dans le cadre d'affaires criminelles lorsque les méthodes traditionnelles d'identification des corps ne donnent rien. Temperance travaille en collaboration avec l'agent spécial Seeley Booth, ancien sniper de l'armée qui se méfie de la science et des scientifiques.
Cette série est une anthologie d'histoires fantastiques, étranges, énigmatiques dont le but était, comme le disait son créateur Rod Serling, « de frapper le téléspectateur, de le choquer par la chute toujours inattendue, surprenante et singulière de chacune de ces histoires. » Elle est basée sur la série La Quatrième Dimension créée par Rod Serling.
Un meurtre a été commis à Twin Peaks, une petite bourgade de l'État de Washington en apparence tranquille. La jeune Laura Palmer est retrouvée morte nue au bord d'un lac, enveloppée dans du plastique. L'agent spécial du FBI, Dale Cooper, envoyé sur place pour démasquer le coupable, mène l'enquête avec le soutien du shérif local, Harry Truman. Ces investigations les amènent à révéler au grand jour les sombres secrets des uns et des autres. Pendant ce temps, d'inquiétants phénomènes se produisent...