Jack Carter, un marshall américain, découvre, au cours d'une escapade avec sa fille Zoe, l'existence d'Eureka, un complexe top-secret abritant des scientifiques et leur famille dans le but de les faire travailler sur des projets confidentiels. Mis au pied du mur et fasciné par cette ambitieuse entreprise, il accepte d'en devenir le shérif. Mais il est rapidement confronté à des événements et à des phénomènes qui dépassent son entendement.
Les habitants d’une petite communauté se réveillent un matin, coupés du monde et piégés dans la ville à cause d’un immense dôme transparent. Certains tenteront, de manière dissimulée, de tirer profit de cette situation inquiétante et inexpliquée, afin de prendre le pouvoir. Mais une résistance va s’organiser autour d'un vétéran de la guerre en Irak, pour empêcher ces personnes malveillantes de parvenir à leur fin.