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...
Après avoir passé un an dans l'espace, où elle a vécu une expérience intense, l'astronaute Molly Watts tente de reprendre une vie normale auprès de sa famille composée de son mari, John, un scientifique surdoué, et Ethan, leur fils, un petit garçon pas comme les autres. En effet, celui-ci n'est pas le fruit naturel de leur union, vu que Molly est stérile : il a été conçu par son père comme le premier prototype d'une future lignée de "Humanichs", des "robots humains". Mais le retour de Molly va justement avoir des conséquences dramatiques sur la planète entière et sur le destin de l'humanité...