美国行政司法官Jack Carter正在运送一个高危逃犯返回洛杉矶，这个逃犯竟然是……他自己的女儿Zoe！不巧的是，在漫长的押解途中，他迷路了。偏偏车子又出了毛病，父女俩猛然发现，他们正置身于一座古怪的小城，名叫Eureka。在这里，孩子们看起来都是天才，连汽车机修工也是美国航空航天局的前任工程师。 就在Jack等待车子修好时，一位当地小孩Brian Perkins突然失踪了，他立刻加入搜救行动。这个小男孩的失踪简直是不可思议，非常离奇古怪：他被一团烧掉了他父母旅行车後半截的神秘旋涡所吞没。Eureka愤世妒俗的警长Bill Cobb、副警长Jo Lupo以及来自国防部的特工Allison Blake都警告Jack不要插手干预此事，但生性好强的Jack不肯善罢甘休。不久，Jack发现了其他人全都疏忽掉的线索，并大胆推测失踪的孩子仍然躲藏在旅行车里。 这次事件让Jack赢得了本地人的尊重，但他却仍然得不到这个古怪小城更多的细节信息。另一次旋涡来袭，差点让Cobb警长送命，Blake不得不承认她需要Jack的帮助。她给Jack带来一份比书还厚的保密协议，叫他立即签署，随後把小城的秘密告诉了他。Eureka建立于第二次世界大战之後，是全国最杰出科学家的藏身地。小城的核心是高级研究中心，一座巨大的地下建筑，密布着各种奇异的研究项目和研究人员。Blake唯独不肯向Jack展示第五区，一支神秘的研究队伍正在那里为军方研制秘密武器。 尽管小城里智者云集，但是没有人知道究竟是什么导致了奇怪的旋涡，Jack关于"第五区卷入了此事"的怀疑也无法得到证实。当天夜里，另一次神秘的旋涡冲向正在用餐的人群，杀死了一个男人。危机仍在升级。 Jack、Blake和副警长Jo Lupp追寻干扰的源头，来到Perkins的住处。在那里，Brian惊慌失措的母亲告诉众人，她的丈夫将自己反锁在地下室里，正在不顾一切地修复一项绝密试验的重大错误。 Jack和Lupo冲破Perkins博士的实验室大门，发现了一座不停释放蓝色能量弧的环状仪器。这是一个超光速粒子加速器的原型机，用来制造超光速粒子。现在机器已经失控，不仅杀死了它的制造者，并且产生了灾难性的附作用：经典物理学法则全部失效！很快，小城就将变成一个巨大的旋涡，而整个星球最终将被撕碎。 尽管Jack对量子物理学是个门外汉，但他想着要保护自己的女儿，也只有他手里掌握着解决这个宇宙性灾难的关键。假如他能够成功，他可能会有一份新工作：为这个全国最古怪的小城当警长！

Jack忙得焦头烂额，甚至替自己找公寓的时间都没有。他还要负责替刚刚死去的两位公民Walter和Susan Perkins举行葬礼（注：这种事情归警察局管理）。Walter在第一集中死于一起科学实验悲剧，他的妻子则在伤心中自杀身亡。 就在Jack完成这个令人压抑的葬礼不久，已被宣布死亡的Susan居然大摇大摆地走进了他的办公室。她向这个满脸惊愕的警长解释说，由于各自忙于不同的事业，自己几年前就和Walter分了手。她要求Jack给她解释清楚，为什么她的父母刚刚接到消息说她已经死了。 Jack确信自己刚刚埋葬的就是眼前这个女人，所以他令人掘出尸体，把两个"Susan"都带到城中最先进的研究机构Global Dynamics。他需要Eureka最聪明的智库们来解决这个神秘的"复制品"事件－－一个已经死了，一个还活着。同样，他需要赢得Global Dynamics新任研究主管Nathan Stark博士的支持，他是Allison Blake的丈夫，但他们一直感情不和。 在所有这些事之外，Jack仍然没有找到一个像样的住处。正当Jack决定在城中监狱再住一个晚上时，Stark博士的助手Fargo来找他，为他提供了一套自己亲手设计的自动化"智能公寓"。早已疲惫不堪的Jack当然不会拒绝。但是Fargo这套被叫做SARAH（Self-Actuated Residential Automated Habitat）的"智能公寓"拥有自己的独立思维。一种神秘的能量波在当夜突然释放出来，严重影响了SARAH，并使她的行为变得怪僻（比如：如果Jack不按时在家里吃饭，她就会变得很恼火）。 第二天，一种基于分子生物结构的先进试验表明，死去的Susan是活着的这位的复制品：Walter从七年前就开始苦心再造Susan身上的每一个细胞，用来替代他深爱着却又失去的真实Susan。就在活着的Susan试图争辩时，另一次神秘的能量波袭来，让Stark博士当场晕倒。 晚些时候，Stark告诉Jack他在陷入昏迷之前依稀看见了一个不祥的黑影。Jack灵光一闪，立刻调出SARAH的内部监控录像，发现昨天夜里能量波爆发时，一个相同的黑影就站在他的房间里。这个黑影的脸型似乎十分令人熟悉…… 也许这可以证明，Walter同样没死……

世界闻名的科学家Jason Anderson和妻子Kim来到Eureka，替美国军方研制重要项目。在Kim的帮助下，Jason发明了能够保护军队不为子弹或火焰所伤的能量力场－－当然，只是理论上的。在实际测试中，试验用的假人总是被火烧得面目全非。但是Global Dynamics的研究主管Nathan Stark给他们施加了很大的压力，并要求他们限期完成。 另一方面，Henry似乎对两个老朋友的到来有些心神不定，特别是曾和他有过"特殊关系"的Kim。而Jack对Jason傲慢无理的态度十分厌恶，当天晚些时候还因为Jason超速驾车而给他开了一张罚单，可Jack就是记不起来事件是怎么发生的。此後，Henry在帮助Jason进行试验时也经历了一段相同的"时间失踪"，他和Jack都起了疑心。在Lupo的协助下，他们和Jason在咖啡馆当面对质。但Jason居然很快消失无影，枪响了，中弹的是Henry，而Jack手里拿着那只冒烟的手枪。咖啡馆里所有人都记不清发生了什么，Jack，Henry和Lupo自然也失去了这一段记忆。 Allison缴了Jack的枪，把他监视起来，直到能找出事情的真相。回到家中，根据女儿Zoe产生的那些无意识的灵感，Jack判定城中有人在故意搞乱人们的记忆。他再次查看了神秘的超速罚单，并且了解了Jason就是那个超速者，但Jason镇静自若地从他面前走开了。Allison和Stark则开始进行评估他们这位开枪射击市民、并且整天沉迷于寻找思想控制装置的警长是否还适合这份工作。 但Jack并不是全然孤立无援。和Henry重聚後感慨万千的Kim，已经在重新审视自己的婚姻，她开始怀疑自己的记忆中有大量事情可能从来没有发生过。Henry也记起了他和Jason曾经研究过用电磁装置抹除人类短期记忆的理论，但他们从来没有制造出一个可以使用的原型……至少，在Henry的记忆中是这样。 事实上，Jason已经利用这种装置熟练操纵他人的记忆很多年了。他甚至用这种卑劣手段破坏了Kim和Henry的爱情。Jack，Kim和Henry发现了Jason的危险秘密，现在他们必须要找到一个办法，在阻止Jason继续害人之前，保留对这段记忆。

Stark博士率人欢迎国会议员Arnold Faraday来到Eureka，这是一个掌握Global Dynamics机构资金运作的权力人物。由于小城的未来处于危险之中，没有人注意到Henry的助手Spencer在"家"里为几个"特定观众"Taggart、Fargo和Vincent播放了一部盗版电影。副警长Jo Lupo接到投诉，前往Spencer的拖车解决噪音扰民问题。但很快她也被吸引，坐下来一起观看了这部有关外星人入侵的恐怖片。 第二天，Spencer竟失踪了，有一条血迹一直延伸到他的屋外。在Henry的帮助下，Jack Carter和Lupo搜索了周围的区域，在一圈烧焦的农作物中找到了赤身裸体抱作一团的Spencer。Lupo认为这和外星人有关，但Jack要求得到一个更有说服力的解释－－不管是什么情况。 Fargo也失踪了，他所协助研究的军事项目同时宣告失败。这个项目的目的是通过卫星发射特定的低频信号来影响敌军士兵的大脑，直到他们产生妄想症并相互残杀。当Stark向Faraday议员示范这个项目时，被测试的猴子毫无任何反应。Faraday议员抓住这个失败大做文章，并以大量削减研究资金为要挟，强迫Stark向他开放最绝密的第五区以及该区所掩藏的神秘而危险的人造物。 Vincent接下来也消失了。就在Jack还来不及应对时，Lupo作出了惊人之举，她猛然把Jack打晕，然後偷走了办公室里的每一支枪。Henry唤醒了Jack，Jack开始意识到这些事件之间的关联性：所有失踪的人那天晚上都在Spencer家看过电影。 Spencer说着一些毫无意义的话，他说他杀死了一个渗透进政府内部的外星人，并向Jack提供了下一个线索：失踪的那些人正在计划袭击Faraday议员，他们认为议员也是一个外星侵略者。事实上，Henry发现Fargo的妄想症发生器的确起作用了。就在看电影的那天晚上，Spencer开启了卫星信号，把本该传送给猴子的信号波不小心传送给了他们自己，使他们产生幻觉，以为Eureka是那部幻想电影中外星人入侵的真实地点。 但这个真相发现得可能太晚了，Lupo，Fargo，Vincent和Taggart带着Lupo偷来的那些枪绑架了Faraday，并且在Taggart易守难攻的房子里建立起防御工事，一场战斗在所难免……

一场实验室的爆炸事故让年度最有价值的细胞再生研究毁于一旦，Stark一怒之下解雇了应该对此次爆炸负有直接责任的Carl Carlson博士。Carl的房子被没收了，他在Global Dynamics的事业被彻底从履历档案上删除。心灰意冷的Carl径直来到小城外的桥上，打算纵身跳进湍急的河水中，让所有的烦恼一了百了。Jack及时赶来劝阻Carl，希望他给自己的生命多一次尝试的机会。就在Jack试图把Carl救到安全地带时，Carl突然滑脱，使两个人共同坠下了百尺悬崖。 不可思议的是，Jack因为摔在Carl身上，竟然活了下来。而更神的是，Carl的伤口自我愈合，他毫发无损地走开了。Carl确信自己的细胞再生研究已经获得成功，于是兴高采烈地将自己刀枪不入的新发现欣然公诸于众，这引起了他的心理医生Beverly Barlowe的不安。 Stark见风使舵地恢复了Carl的科研身份，他希望能制定一套办法，让每个人都分享这种神奇的能力。但是私下里，Stark怀疑Carl的能力并不来源于他的研究，而是来自一种非常惊人的、高度机密的强力人造物。这件东西一直保存在第五区研究室，正好位于Carl的研究室下方。Carl研究室的爆炸可能导致那件物品放射出的射线被Carl的身体所吸收，间接使Carl的身体发生变化。 Carl没能再现他的研究成果，证实了Stark的猜测。但Carl很快显现出其他能力，包括心灵遥感和记忆读取。Henry则发现Carl的身体内有某种奇怪的射线，迫使他的大脑飞速进化。Carl的细胞并不是自然地通过本身进行修复，而依靠进化後大脑产生的强力意志发出的指令。 因为Carl现在可以读取Stark的思想，他知道了秘密人造物的存在。他的研究还是没有什么进展，而Stark只想研究他，而不是帮助他。感到彷徨的Carl来到Beverly家中，却发现他一直信任的心理医生一心想利用他非法获取第五区的情报。背叛感和打击感让Carl无处可去，他来见新交的朋友Jack，但是Stark带来秘密警察，要把Carl强行带回Global Dynamics。一个军官无情地向Carl开火射击，但是Carl身上的保护场将子弹反弹，射入了Jack的胸膛。现在只有Carl的新能力和Stark的神奇物品才能救活Jack……

Fargo在Global Dynamics有了一间新办公室，但是他在一个满是灰尘的角落里，意外地发现了一座十分复杂的控制平台，好奇心驱使他激活了这个平台。倾刻之间，令人恐惧的"导弹发射井"出现在小镇的各个角落，一个看起来很不吉祥的倒计时开始了。Fargo启动的是冷战时期所遗留的武器，只不过已经被人们所遗忘。再过24小时，武器就要发射了！ Jack， Henry， Allison 和 Stark 齐聚Fargo的办公室进行调查，发现这是某种粒子束武器。Jack很快给这玩意起了个贴切但不科学的名称："死光"。它能够通过月球表面安置的反射镜将一束铀的同位素反射回地球。机械高手Henry也无法关闭这个武器，任何试图摧毁控制装置的行为都会导致武器立即发射，而且无法得知这个武器瞄准的是莫斯科、Eureka还是其他某处。但遭受的破坏将会很严重，足以诱发第三次世界大战。 武器由Irvin Thatcher博士发明，他曾经是冷战时期科学智囊团的一名成员，退休後一直居住在Eureka附近的豪华敬老院中。很巧合，Zoe因为无事生非地拉响了学校的消防警报，正被罚在那个地方从事社区服务。她把Jack介绍给敬老院中的工作人员Eugenia，一个睿智、幽默、心地善良的女人。Jack找到了Thatcher，并飞快把他带回了Global Dynamics。Henry根据他不完整的记忆，成功访问了机器的内部。可接下来，Thatcher陷入了完全痴呆的状态，无法告诉众人更多有关这个伟大发明的细节。 Henry和Stark在研究机器的过程中，无意中将计时器从20小时调到了只剩7小时。现在他们更需要Thatcher的帮助了，Jack决定利用Stark最新的研究项目冒险一试－－一台未经试验的意识探测器，允许一个人窥探另一个人的意识。Jack在Thatcher的记忆中开始了他的迷惑之旅，虽然他没能得到任何有关武器的直接消息，但他看到Thatcher爱上了Eugenia。 时间一分一秒地流逝了，Jack和Zoe不得不再次和Eugenia会面。Eugenia承认他和Thatcher曾有机会结婚，但是Thatcher自从1962年未能获得诺贝尔奖之後，他的精神彻底崩溃了。那时开始，他就陷在自己的意识中，一次又一次重复着自己的伤心失望。为了阻止毁灭之日的到来，Jack首先需要"回到"Thatcher失败的那一天，然後他还需要"全城的人"都来帮助他…… 武器最终还是发射了，可结果呢？