Jack Carter, un marshall américain, découvre, au cours d'une escapade avec sa fille Zoe, l'existence d'Eureka, un complexe top-secret abritant des scientifiques et leur famille dans le but de les faire travailler sur des projets confidentiels. Mis au pied du mur et fasciné par cette ambitieuse entreprise, il accepte d'en devenir le shérif. Mais il est rapidement confronté à des événements et à des phénomènes qui dépassent son entendement.