Pospani gradić Eureka krije neobičnu tajnu. Savezni maršal Jack Carter slučajno je zalutao ovamo nakon što mu se na otvorenoj cesti pokvario auto. Kad gradski genijalci gube kontrolu nad nepoznatom znanstvenom kreacijom, Carter uskače kako bi uspostavio red i mir i tada saznaje najbolje čuvanu državnu tajnu...

Šerif Carter slučajno puca u mehaničkog čarobnjaka Henryja Deacona, ali ne može se sjetiti kako ni zašto. U gradu je u to vrijeme Jason Anderson, znanstvenik svjetskoga glasa kojemu u radu pomaže njegova žena Kim, također znanstvenica. Oni su dugogodišnji Henryjevi prijatelji i možda baš oni imaju ključ rješenja gubitka Carterove memorije.

Nakon bučne noćne zabave Henryjeva pomoćnika Spencera Martina pronalaze u polju usred kruga poleglog žita. Carter shvaća da se Spenceru nešto dogodilo, ali odbija prihvatiti priču o tome da su ga oteli izvanzemaljci. U tu verziju ne želi povjerovati ni kad ga njegova zamjenica Jo onesvijesti jednim udarcem i odlazi s još troje ljudi kako bi otela kongresmena koji je došao u posjet Eureki.

Carl Carlson je briljantni znanstvenik koji se sprijatelji sa šerifom Jackom Carterom i pozove ga u laboratorij gdje simulira regeneraciju stanica kako bi pokazao šerifu čime se bavi. Pritom izaziva eksploziju u kojoj uništava laboratorij. Njegov ga šef Nathan Stark otpušta i zapovijedi Carteru da ga istjera iz Eureke. No na odlasku Carlson otkriva nešto senzacionalno i uvjeren je da je uspio u svojim istraživanjima.

Fargo se seli u novi ured koji je nekoć bio skladište i u gomili starih stvari pronalazi čudnovat predmet. Istražuje ga i slučajno pokrene proces odbrojavanja smrtonosnog sustava oružja. Silos izranja iz tla i svima prijeti uništenje, pa šerif, Allison, Stark i Henry histerično prekapaju stare dokumente ne bi li otkrili bilo kakav način da prekinu smrtonosni slijed.

Stark organizira dvije znanstvene ekipe koje će se međusobno natjecati, ali rezultat je tipičan za Eureku - uznemirujuć i istodobno fenomenalan! Hoće li tajna droga kod stanovnika Eureke stvoriti natjecateljske sposobnosti ili samo opasnu naviku? Situacija eskalira i Carterova kći Zoe i Allisonin sin nađu se u unakrsnoj vatri.

Callister Raynes, kontroverzni mladi programer, vraća se u Eureku nakon misterioznog nestanka. Raynes je bio Starkov pomoćnik u tajnom projektu sve dok požar u laboratoriju nije uništio rezultate njihova rada. Mnogi su posumnjali da je Raynes izazvao požar, ali Stark ga je uporno branio. Mladić je nakon toga nestao, a sada, nakon njegova povratka u gradu dolazi do tajanstvenih nestanaka struje koji stvaraju probleme. Gase se ulična svjetla, sustavi za grijanje, pa čak i električne ograde farmera.

Taggartovi nanoidi mogu izliječiti rane gotovo trenutačno. Fargo je izumio moždanog miša, napravu koja ljudski mozak povezuje s kompjutorom. Kada dolazi do interakcije tih dvaju briljantnih izuma, Eureka se nalazi pred kataklizmičnim događajem.

U Eureki je tipična večer. Henry završava novi komunikacijski sustav za grad, Stark je opsjednut svojim predmetom u Petom odjelu, šerif Jack Carter prekida novu svađu između Farga i njegova susjeda Setha Osbornea koji pušta glasnu glazbu kako bi pospješio rast hibridnih biljaka i na taj način ometa Fargov noćni odmor. Na kraju grad ipak tone u san. Sve je i premirno. Svi su se stanovnici onesvijestili i problemi nastaju kad se drugo jutro bude...

Nezadovoljna negativnim međuljudskim odnostima u Eureki umjetna inteligencija S.A.R.A.H. koja upravlja kućom šerifa Cartera odlučila se na korektivno djelovanje. Poziva glavne sudionike u kuću, a zatim uključuje sustav zaključavanja. U početku je taj plan samo dosadan svim sudionicima, ali kad je aktiviran i bazni program, autokratska i ubojita vojna umjetna inteligencija B.R.A.D., situacija postaje smrtonosna.

U završnici sezone Stark testira tajni stroj, a Eureka se iskrivi prema budućnosti.