Kapitan sił powietrznych Stanów Zjednoczonych Michael Quinn i sceptyczny naukowiec dr Allen Hynek badają doniesienia o UFO w czasach zimnej wojny.

Kiedy w mieście Hemlock Grove zostaje brutalnie zabita młoda dziewczyna, rozpoczyna się polowanie na mordercę.

Akcja serialu ma miejsce w latach 60. XIX wieku i opowiada historię byłego żołnierza armii konfederackiej Cullena Bohannona (Anson Mount). Główny bohater podąża tropem kilku żołnierzy Unii, którzy zabili jego żonę. W końcu trafia na budowę transkontynentalnej linii kolejowej, która ma połączyć bogaty i szybko rozwijający się wschód z wciąż dzikim zachodem. 

Mary Shannon pracuje w programie ochrony świadków, co zajmuje jej sporą część czasu. Razem ze swoim partnerem Marshallem umieszcza świadków w nowym dla nich otoczeniu. Gdy już kończy z pracą wraca do domu, gdzie musi radzić sobie ze swoją trudną w pożyciu rodziną - matką i siostrą które mieszkają razem z nią. Poza pracą i rodziną, Mary musi znaleźć także czas dla swojego chłopaka Raphaela, który gra w drugorzędnej drużynie bejsbolowej.

Kiedy samolot lecący do Los Angeles rozbija się na bezludnej wyspie, grupa ocalałych próbuje przetrwać.

Zespół detektywów z filadelfijskiej policji rozwiązuje niewyjaśnione sprawy morderstw sprzed lat.

Zespół specjalistów z laboratorium kryminalistycznego poszukuje dowodów zbrodni podczas rozwiązywania morderstw występujących w Las Vegas.

Instruktor skoków spadochronowych trafia w sam środek spisku, zorganizowanego przez swoją uczennicę i agentów KGB.