Na pequena cidade de Twin Peaks, na costa noroeste dos EUA, próxima à fronteira com o Canadá, a queridinha da cidade Laura Palmer (Sheryl Lee) aparece morta à beira de um lago, enrolada em um saco plástico. Na autópsia fica constatado que Laura, antes de ser morta, foi brutalmente espancada e violentada. O agente do FBI Dale Cooper (Kyle MacLachlan) chega para comandar a investigação. Cooper, além de esquisitão (é viciado em tortas de cereja e sempre deixa registrados os seus pensamentos para a secretária, Diane, em um gravador portátil), possui um método de investigação absurdo, baseado na intuição e na solução de charadas recebidas em sonhos surrealistas. Surpreendentemente o método do agente funciona, e aos poucos ele vai descobrindo que Laura possuía um lado obscuro, como a própria cidade. Perversões sexuais, tráfico de drogas e fraudes financeiras ocultam-se na sociedade local. E para complicar as coisas, durante as investigações a mãe de Laura tem visões de um espírito maligno chamado Bob.