Due agenti federali di due diversi continenti, e due diverse mentalità, devono lavorare insieme per indagare quando i rottami di un'astronave aliena distrutta hanno effetti misteriosi sul genere umano.

Il protagonista della serie è Shawn Spencer, giovane figlio di un ex-poliziotto, che lavora come "consulente sensitivo" con il Dipartimento di Polizia di Santa Barbara. In realtà Shawn non è affatto un sensitivo, ma presenta delle facoltà intuitive talmente elevate (in gran parte dovute agli "allenamenti" del padre nell'infanzia) da convincere della cosa i detective Lassiter e O'Hara. La collaborazione con i due inizia quando Shawn si intromette in un'indagine: i detective sono incuriositi dalle sue intuizioni sul caso, al punto da sospettare che possa esservi coinvolto. Per togliersi dai guai, Shawn inventa la storia dei suoi poteri psichici. In seguito, visto il successo ottenuto, si inventa un lavoro di "investigatore psichico" aprendo con il suo amico d'infanzia Gus un'agenzia a tale scopo (il nome dell'agenzia è Psych, un'abbreviazione di psychic, in inglese sensitivo).

La Divisione Fringe si occupa di indagare su una serie di eventi inspiegabili, noti come Eventi Fringe, che si stanno verificando in varie parti del mondo. Ne fanno parte lo scienziato Walter Bishop, suo figlio Peter e l'agente dell'FBI Oli via Dunham.