Dois antigos parceiros do CID, do Estado do Louisiana, Martin Hart e Rustin Cohle, prestam declarações, separadamente, a um par de investigadores sobre o homicídio de uma prostituta, Dora Lange, ocorrido 17 anos antes. Ambos vão recordando os detalhes do crime repletos de conotações do oculto e vislumbres da parceria volátil e vidas pessoais dos detetives.

Pressionados para encontrar um suspeito no homicídio de Dora Lange, Quesada avisa Hart e Cohle de que poderão ser substituídos por três detetives de uma nova força de intervenção para crimes do oculto. O par pede mais tempo para seguir uma pista que os leva de um bordel rural até uma igreja incinerada. Estando o seu casamento com Maggie sob tensão devido ao trabalho, Hart acaba por encontrar alívio fora de casa.

Uma imagem escondida na igreja incendiada conduz Cohle e Hart até Joel Theriot, um padre de revivalismo que prega em tendas. Os seus paroquianos referem ter visto Dora Lange com um "homem alto" de cicatrizes. Um criminoso sexual que corresponde à descrição é levado para interrogatório e confessa, mas Cohle coloca-o imediatamente de parte. Hart é apanhado de surpresa quando Maggie arranja um encontro para Cohle com uma amiga sua num bar C&W. Na tentativa de estabelecer um padrão nos homicídios, Cohle analisa ficheiros de casos antigos e acaba por encontrar uma ligação com uma mulher que se presumiu ter-se afogado anos antes.

Hart e Cohle procuram o suspeito recentemente identificado, Reggie Ledoux, um fabricante de metanfetamina que partilhou uma cela com o marido de Dora Lange e que infringiu recentemente a liberdade condicional. À medida que a vida pessoal de Hart rui à sua volta, Cohle assume uma antiga identidade dos seus tempos nos Narcóticos e contacta um gangue de motards do Texas Oriental que faz negócio com o seu principal suspeito. O trabalho como infiltrado de Cohle coloca-o em risco, levando-o até onde a lei não tem lugar e ambos os homens terão de pagar o preço de viverem uma vida falsa.

Um desenlace violento na floresta resolve o caso de Dora Lange e converte Cohle e Hart em heróis locais. Ambos entram num ritmo de vida mais saudável, com Hart a voltar para a família e Cohle a iniciar uma nova relação, conquistando ainda a reputação de alguém que sabe como obter resultados em interrogatórios. Em 2012, Gilbough e Papania põem as cartas na mesa, apresentando novas informações que ameaçam Cohle e forçam Hart a reavaliar tudo aquilo que julgava saber sobre o seu antigo parceiro.

Em 2002, Cohle e Hart começam a recair em velhas e violentas obsessões. Em 2012, Papania e Gilbough questionam Maggie, agora divorciada de Marty, acerca de Cohle e Hart em 2002, o ano em que a sua relação se fraturou e Cohle deixou a Polícia no seguimento de uma suspensão.

Depois de o interrogatório a Geraci lhes fornecer novas informações, apesar de nada de crucial, Hart e Cohle veem-se, novamente, na estaca zero. No entanto, um detalhe aparentemente arbitrário numa fotografia, juntamente com os antigos registos de impostos do proprietário de uma casa fornecem ao par uma nova pista vital no seu caso com 17 anos. Os dois homens seguem a pista até um confronto apocalíptico.