Fringe sigue los pasos de la Agente Especial del FBI Olivia Dunham, el científico Walter Bishop, y su hijo Peter mientras ellos investigan casos que tratan sobre la ciencia "fringe" (la ciencia no convencional como por ejemplo telepatía, levitación, invisibilidad, terapia génica, etc). Alrededor del mundo, una serie de aparentes "experimentos" llamados colectivamente como "El patrón" están ocurriendo por causas desconocidas. Olivia, Peter, y Walter están a cargo de investigar estos extraños sucesos para determinar su origen. Conectado a "El patrón" está una compañía llamada Massive Dynamic, la cual es una empresa líder mundial de investigación que ostenta las patentes de un gran número de nuevas e importantes tecnologías.