Jack Carter retourne à Los Angeles avec sa fille Zoe, qui vient de fuguer. Un accident de voiture les oblige à s'arrêter en chemin dans une petite ville étrange, Eureka. Le gouvernement y a invité les familles des plus grands génies du monde. Dans cette ville, pendant des années, l'innovation et le chaos se sont déclinés ensemble. Les enfants sont des génies, et les garagistes d'anciens ingénieurs de la Nasa. Lorsqu'un enfant disparaît mystérieusement, Jack Carter apporte son aide à Bill Cobb, le chef de la police locale, et à Jo Lupo, son adjointe. Mais ceux-ci semblent peu enclins à collaborer avec le nouveau venu...