El excéntrico agente del FBI Dale Cooper (Kyle MacLachlan) llega a Twin Peaks, una pequeña población montañosa, para investigar el brutal asesinato de la joven y bella Laura Palmer, la chica más popular del instituto de la localidad. Con la ayuda del sheriff del pueblo, el amable Harry S. Truman (Michael Ontkean), el agente Cooper comienza a interrogar a los habitantes del pueblo y va descubriendo poco a poco que muchos de ellos esconden oscuros y misteriosos secretos.

Joel Fleishman es un médico recién licenciado. Debido a una cláusula de la letra pequeña del contrato de su beca acaba en la remota y descaradamente extraña ciudad de Cicely (Alaska). Cordialmente bienvenido por el fundador de Cicely, Maurice Minnifield, antiguo astronauta de la NASA, y por el resto de la peña de inadaptados y excéntricos que forma el vecindario, Joel descubre que es cada vez más difícil abandonar la ciudad a la que inconscientemente ha llegado. Todo se complica por la presencia de Maggie O'Connell, alcaldesa de Cicely y piloto de la localidad, una mujer hermosa pero completamente independiente; ambientado todo ello por el musical y filosófico programa de radio presentado por Chris en la KBHR.