Historia rozpoczyna się od katastrofy lotniczej tzw. lotu hamburskiego, gdzie pasażerowie samolotu zostali potraktowani śmiertelną toksyną, wskutek czego wszyscy giną i samolot rozbija się. ('Pilot').
Do sprawy zostają przydzieleni min. agenci Olivia Dunham, John Scott i Charlie Francis. Wszystkim dowodzi szef wydziału FBI ds. 'tajnych', Philip Broyles.

Podczas pościgu za podejrzanym działaniu podobnych toksyn zostaje poddany agent Scott; jego skóra staje się przezroczysta i stan się pogarsza. Olivia, której agent Scott jest kochankiem, robi wszystko by uratować mu życie. Za zgodą Broylesa wyciąga z zakładu psychiatrycznego St. Claire dr. Waltera Bishopa, przebywającego tam od 17stu lat, specjalistę min. od poparzeń skóry i chemikaliów. By dr. Bishop mógł opuścić szpital, Olivia sprowadza jego syna Petera z Iraku, jako prawnego opiekuna jego znerwicowanego ojca. Walter przebywał w zakładzie, po tym jak w wyniku wypadku laboratoryjnego zginęłą młoda stażystka.

Walter wspomina, że przed zamknięciem w szpitalu dla umysłowo chorych pracował dla rządu USA nad wieloma tajnymi projektami. Laboratorium w podziemiach Harvardu dzielił z Williamem Bellem, który obecnie jest szefem korporacji Massive Dynamic, głównego dostarczyciela broni i technologii dla rządu. Sam Bell, podobno najbogatszy człowiek w USA, okazuje się być ponad prawem i Olivii nie udaje się go przesłuchać.
W zamiast rzeczniczka korporacji, Nina Sharp informuje ją, że Massive Dynamic nie ma nic do ukrycia i służy pomocą przy śledztwie, na dodatek oferuje Olivii zatrudnienie.

Gdy śledztwo utyka w martwym punkcie, Walter przeprowadza na Olivii eksperyment, próbując zsynchronizować mózgi jej i jej umierającego partnera. Na potrzeby eksperymentu odzyskuje swoje dawne laboratorium na Uniwersytecie Harvardzkim; jako asystentkę dostaje agentkę Astrid Farnsworth. Eksperyment powiódł się i Olivia zdołała porozumieć się z nieprzytomnym agentem, uzyskując portret pamięciowy sprawcy katastrofy i wybuchu toksyn. Finalnie udaje się pojmać zamachowca i uzyskać wzór toksyn, dzięki czemu agent Scott dochodzi do zdrowia.

Broyles gratuluje Olivii i przedstawia jej tajne dokumenty, kwalifikujące lot Hamburski jako jeden z wielu powiązanych ataków z użyciem biotechnologii, nazywanych Wzorcem. Proponuje jej pracę w tajnej komórce FBI nazwanej Fringe, gdzie wraz z Walterem i Peterem będą badac podobne sprawy.
Tymczasem Olivia i agent Francis odkrywają, że Scott jest zdrajcą w wydziale. Później, podczas ponownego eksperymentu Olivia odkrywa jednak prawdę o Johnie, teraz jednak
podczas pościgu Scott ginie. Massive Dynamic przejmuje ciało agenta i próbuje z jego mózgu wydobyć cenne dla siebie informacje.

Walter pomaga Olivii i FBI przy kolejnych sprawach, powiąznych ze wzorcem i Massive Dynamic, między innymi próby tworzenia żołnierzy poprzez szybkie starzenie się ofiar eksperymentów ('The Same Old Story'), człowieka zdolnego do podświadomego przechwytywania informacji przesyłanych tajnie min. przez MD i Broylesa oraz ataku chemicznego na autobus i jadącą w nim agentkę ('Ghost Network').

Tymczasem w centrum miasta dochodzi do trzęsienia ziemi i spod powierzchni wychodzi dziwny obiekt, przypominający pocisk. ('The Arrival'). Całość jest obserwowana przez tajemniczego mężczyznę w kapeluszu, który odchodzi po pojawieniu się obiektu. 'Pocisk' trafia do laboratorium Waltera. Liv zauważa, że ów mężczyzna pojawia się na miejscu wszystkich dziwnych wydarzeń, znany jest FBI od dawna jako Obserwator.
Tymczasem ktoś zabija kilku funkcjonariuszy, starając się za wszelką cenę odnaleźć 'pocisk'. Walter kradnie obiekt i ukrywa na cmentarzu, skąd ten później z powrotem wwierca się w ziemię i przepada.
Mężczyzna, który chciał ukraść 'pocisk' zostaje zabity, wcześniej porwał on Petera. Peter ledwo przeżywa spotkanie z Obserwatorem na cmentarzu. Okazuje się, że ten kiedyś uratował mu i jego ojcu życie, oczekując właśnie teraz pomocy przy ukryciu 'pocisku' od Waltera. po rozmowie z Bishopem w barze, Obserwator nie pojawia się więcej, do czasu. W wyniku tych wydarzeń Peter postanawia pozostać w wydziale.

Kolejne dziwne sprawy nie wnoszą nic do głównego śledztwa; Fringe bada min. stosowanie żywych bomb z ludzi przez konkurenta Massive Dynamic ('The Cure') oraz człowieka posiadającego niekontrolowaną moc przekazywania energii urządzeniom elektronicznym ('Power Hungry'). Przełomem okazuje się być sprawa agenta Mitchela Loeba, któremu ktoś umieścił wokół serca pasozyta, niedającego się usunąć i zabijającego powoli agenta. ('In Which We Meet Mr Jones'). Pomóc mu jedynie może, przebywający w niemieckim więzieniu, sir David Robert Jones. Jest on szefem organizacji ZFT, odpowiedzialnej za wiele ataków z użyciem broni biologicznej i chemicznej. Liv odwiedza w Niemczech przestępcę, rząda on jednak pewnej informacji od swego znajomego, Smitha. Mimo iż Smith zostaje zabity, Walterowi udaje się uzyskać od jego mózgu odpowiedź na pytanie Jonesa, która brzmi 'Little Hill' (Małe wzgórze). Olivia zdobywa przepis na antidotum i pasożyt zostaje pokonany. Żona agenta Loeba przekazuje mu informację, której żądał Jones.

Tymczasem zostaje porwany chłopiec Ben; sprawczyni użyła hipnozy z wykorzystaniem migoczących świateł ('The 'Equation').
Kobieta zmusza chłopca do dokończenia melodii, którą wciąż powtarzał na pianinie. Walter odkrywa analogię pomiędzy melodią i wzorem matematycznym, powtarzanym przez jego współpacjentem z szpitala. Powraca on do szpitala porozmawiać z porwanym kiedyś Daschnielem Kimem. W wyniku nieporozumienia spędza noc w zakładzie, gdzie towarzysza mu wizje samego siebie.
Finalnie chłopiec zostaje uwolniony a kobieta zabita przez agenta Mitchela, udało jej się jednaj wcześniej wydobyć formułę z melodii Bena. Zleceniodawcą okazał się Loeb, a sama formuła pozwala przenikać przez twardą strukturę np.ścian przy użyciu fal elektromagnetycznych.

Tymczasem samobójstwo popełnia pracownik Massive Dynamic, którego poraniły wizje z własnej podświadomości. ('Dreamscape'). Sprawa ta rzuciła nowe światło na 'zdradę' agenta Scotta, którego częć wspomnień przeniknęła do mózgu Olivii podczas eksperymentu. Wskutek tego ma ona często wizje w byłym partnerem i próbuje dochodzić prawdy o jego zdradzie.

Agent Loeb z grupą ludzi, dzięki formule uzyskanej od chłopca, okrada skrytki bankowe przechodząc przez strukturę ścian ('Safe'). Wychodzi na jaw, że kradzione są elementy urządzenia, ukrytego kiedyś przez Waltera. Było ono zdolne do sprowadzenia z dowolnego punktu czasoprzestrzeni przedmiotu lub osoby; coś na wzór teleporteru. Walter skonstruował je, gdy mały Peter był chory, okazało się jednak zbyt niebezpieczne i dlatego je ukrył w częściach. Nie udało się zapobiec ostatniej kradzieży i Loeb skompletował urządzenie, umieszczając je na... wzgórzu 'Litte Hill'. Dzięki niemu z więzienia w Niemczech zostaje 'przeteleportowany' Jones. Nie udaje się pojmać ich na miejscu, na domiar złego, na rozkaz Jonesa, Olivia zostaje porwana przez ludzi Mitchella.
_______________________________________________

Olivia ucieka ludziom Loeba, choć zdążyli jej wstrzyknąć jakiś lek. Nad wydziałem prowadzi śledztwo Sanford harris, a Liv odwiedza ją jej siostra, Rachel, wraz z siostrzenicą. Podczas akcji żona Loeba zostaje zastrzelona, a on sam aresztowany. Utrzymuje, że nie skrzywdzili agentki, tylko ją uratowali.
Tymczasem wydział prowadzi śledztwa dotyczące zabójstwa naukowca z użyciem ogromnego wirusa ('Bound'), transformacji ludzkiego DNA ('Transformation') i psychodelicznego programu komputerowego ('The No-Brainer').
Przełomu dostarcza sprawa ataku, którego ofiarom zanikają naturalne otwory ciała ('Ability'). Sprawdzą okazuje się sam Jones, który daje się pojmać w biurze FBI. Przekonuje agentkę Dunham, że ocali wiele istnień, gdy wykona jego test, polegający na zgaszaniu lampek na specjalnym urządzeniu przy pomocy umysłu. Pomóc ma jej w tym wstrzyknięty wcześniej lek. Agentka finalnie zdaje test, jednak Jones, odczuwający skutki teleportacji, trafia do laboratorium Waltera, a potem do szpitala. Ostatecznie, dzięki tej zdolności, rozbraja bombę przygotowaną wcześniej przez ludzi Jonesa, a oni sami porywają go ze szpitala.

FBI w międzyczasie bada sprawę dziwnego chłopca, który przeżył kilka lat w podziemiach ('Inner Child'), zabójcze zwierzę-mutanta, które uciekło z laboratorium ('Unleashed') i gdzieś w między czasie (odcinek dodatkowy 1x21) sprawę 'zmartwychwstałej' dziewczyny, mającej wspomnienia rosyjskiego żołnierza ('Unearthed').
Tymczasem Olivii śnią się rzeczywiste morderstwa ('Bad Dreams'). Natrafiają na Nicka Lane'a, który posiada umiejętność wpływania na emocje ludzi w pobliżu. Okazuje się, ze gdy Nick i Olivia byli dziećmi, Walter i William Bell przeprowadzali na nich eksperymenty, przygotowując żołnierzy na rzekomo nadchodzącą wojnę. Nick, zanim spowodował tragedię, zostaje uśpiony.
Wydział przejmuje naukowca, pracującego niegdyś dla ZFT ('Midnigth'). Gdy Walter ratuje jego żonę, poszukiwaną "kobietę-wampira", zarażoną przez organizację, naukowiec zdradza nazwisko założyciela ZFT; jest nim... William Bell.

Wydział, z Broylesem na czele prowadzi dochodzenie w sprawie Bella, co nie podoba się Ninie Sharp ('Road Not Taken').
Jednoczeście prowadzą sprawę samozapłonu. młodej kobiety.Gdy Olivia dostaje dziwnych 'Deja Vu', Walter przedstawia swoją teorię alternatywnych rzeczywistości, którą badali z Bellem. Odnajduje też oryginał manifestu ZFT, który okazuje się wcale 'biblią' dla naukowców i wzywa do rekrutacji żołnierzy w nadchodzącej wojnie. Tymczasem nawiedza go w laboratorium Obserwator, który nakazuje mu iść ze sobą; ma dla niego ważne zadanie do wykonania.
Nina Sharp rozmawia z Broylesem o Obserwatorze. Zostaje postrzelona w windzie.

Co to za zadanie? Czego chce Obserwator od Waltera? Kto postrzelił Nine i dlaczego? Czy istnieje alternatywna rzeczywistość? Kim jest Peter? Gdzie jest William Bell?
Kto był odpowiedzialny z ataki z Wzorca?
Odpowiedzi w 20-stym odcinku "There's More Than One Of Everything".

Oto podsumowanie 1 serii Fringe: Na granicy światów, tuż przed dzisiejszym pasjonującym finałem .
Nie możecie przegapić tego odcinka, premiera w Polsce dziś na TVN-ie.