Une petite ville des États-Unis, Chester's Mill, se retrouve brusquement coupée du monde lorsqu'un dôme invisible et impénétrable s'écrase autour de la ville, faisant prisonniers ses habitants et ceux qui étaient de passage. Tous cherchent alors à comprendre comment ce dôme s'est abattu sur la ville, et surtout comment s'en échapper...

Les esprits s'échauffent à Chester's Mill. Big Jim et le Révérant Coggins essaient de dissimuler leur secret suite à la mort du Shérif Duke. Junior enferme son ex petite amie Angie dans l'abri antiatomique de son père, persuadé qu'elle a une relation avec "Barbie", l'homme qui a tué le mari de Julia. Journaliste, cette dernière recherche des explications sur le dôme et trouve des débuts de réponses grâce à la radio locale, tenue par Phil et Dodee, branchée sur les ondes utilisées par les militaires qui entourent désormais la ville…

Arrêté pour avoir tiré sur le dôme et provoqué la mort du shérif, le policier Paul Randolph parvient à s'enfuir suscitant une chasse à l'homme, lancée par Big Jim, autoproclamé responsable de la ville. Angie suggère à Junior de chercher un passage sous le dôme via les tunnels d'une usine désaffectée. Pendant ce temps, la maison de Joe devient le centre de toutes les attentions quand les adolescents découvrent qu'elle possède un générateur et qu'il n'y a aucun adulte à la maison…

Un soldat stationné de l'autre côté du dôme prévient Barbie que l'armée s'apprête à quitter les lieux et a programmé de lancer un missile sur le dôme. Malgré tout, les résidents de Chester's Mill reçoivent des visites de leurs proches. De leur côté, Joe et Norrie comprennent que leurs crises sont liées au phénomène. Le révérend Coggins est persuadé que Dieu lui envoie des messages...

Malgré l'impact du missile lancé par l'armée sur le dôme, celui-ci est intact. Les habitants de Chester's Mill réalisent un peu plus qu'ils sont coincés sous cette étrange cloche. D'autant que les problèmes de pénurie d'eau et de denrées alimentaires créent des tensions et des scènes de violence dans la petite communauté. De leur côté, Julia et Dodee recherchent l'origine d'un étrange signal qui perturbe les ondes radio sous le dôme. Angie parvient à s'éloigner de Junior et tente de rejoindre le restaurant de Rose. De son côté, Norrie essaie de trouver une solution pour mettre la main sur des doses d'insuline et soigner sa mère...

Harriet, une femme enceinte venue rendre visite à Julia, touche le dôme et voit apparaître l'image de son mari : il semblerait que la paroi récèle encore bien des mystères. Presque aussitôt, la future mère ressent les premières contractions. Julia et Barbie la transportent chez Alice, qui l'aide à accoucher. La mère et l'enfant se portent bien mais Alice, elle, succombe à une crise cardiaque. Pendant ce temps, Joe et Norrie recherchent le point d'origine du dôme. Dans les bois, ils font une découverte importante. Quant à Linda, assistée de Junior et Barbie, elle part à la recherche des deux voyous qui ont agressé Angie et Rose...

Les ressources en eau de la petite communauté s'amenuisent de jour en jour. Big Jim tente de convaincre Ollie de donner un plus large accès à son puits en échange de propane, mais en vain. Avec le soutien de Barbie et Linda, Big Jim décide alors de détourner l'eau vers le réservoir municipal. Junior, qui a été jeté à la rue par son père, choisit de prendre le parti d'Ollie pour se venger. Julia est intriguée par la concomitance exacte de deux événements : le décès d'Alice et la naissance du bébé d'Harriet...

Joe, Norrie et Julia sont à la recherche du mini-dôme, qui n'est plus dans les bois. De son côté, Angie est bien décidée à reprendre la gestion du restaurant. Alors qu'elle discute avec Junior, elle est prise de convulsions, comme Joe et Norrie avant elle. Big Jim et Barbie veulent récupérer toutes les armes en circulation à Chester's Mill. Linda, elle, commence à comprendre qu'il existait un trafic de drogue dans la petite ville avant l'apparition du dôme. D'ailleurs, Maxine, une femme mystérieuse, se rappelle au bon souvenir de Big Jim. Etrangement, Maxine était présente à Chester Mill's au moment de l'apparition du dôme, mais n'avait plus été vue par quiconque ensuite...

Julia et Linda fouillent dans le passé du shérif Duke et découvrent des vérités sur les secrets les plus noirs de la petite communauté de Chester's Mill. De son côté, Maxine dévoile à Barbie ses plans pour prendre le contrôle de la ville, alors que Big Jim cherche à en savoir plus sur elle. Quant à Angie, Joe et Norrie, ils doivent découvrir qui est la «4e main» pour le mini-dôme...

Joe, Angie, Junior et Norrie se demandent comment réagir et se comporter après les visions qu'ils ont eues en touchant le mini-dôme. Junior aimerait se désolidariser des trois autres, mais le dôme semble ne pas «apprécier» cette situation et déclenche une tempête au-dessus de Chester's Mill. De son côté, Maxine, bien décidée à renforcer son emprise sur Big Jim et Barbie, décide de frapper un grand coup : elle se rend chez Julia et lui tire une balle dans la poitrine...

La traque de Barbie se poursuit. Loin d'apaiser les esprits, Big Jim en profite pour monter la population contre le fugitif. Les habitants de Chester's Mill exigent que Barbie paie pour tous ses crimes supposés. De leur côté, Joe et Norrie sont à la recherche d'une nouvelle cachette pour le mini-dôme...

Julie émerge enfin de son coma. Big Jim est plus que jamais déterminé à mettre Barbie hors d'état de nuire. Il veut aussi s'emparer du mini-dôme, persuadé qu'il est la clé du mystère. De leur côté, Junior, Angie, Joe et Norrie découvrent l'identité du Monarque. Les quatre jeunes gens réussissent à récupérer l'oeuf contenu dans le mini-dôme. Mais l'objet devient noir et ses parois s'assombrissent à chaque contact ; le phénomène s'intensifie et provoque un black-out, suivi d'une panique...