Po tajemniczej śmierci wszystkich pasażerów pewnego samolotu, agentka FBI Olivia Dunham rozpoczyna śledztwo w czasie, którego omal nie ginie jej partner John Scott. Zdesperowana Olivia szuka pomocy u, zamkniętego w szpitalu psychiatrycznym, doktora Waltera Bishopa. Niestety aby Walter, mógł zostać wypuszczony z kliniki, potrzebna jest zgoda syna naukowca Petera.
Śledzctwo doprowadza Olivię do Niny Sharp, dyrektora wykonawczego firmy prowadzącej niezwykłe badania. Olivia, Peter oraz Dr. Bishop powoli odkrywają co stało się podczas lotu 627.