Fringe draait rond FBI agente Olivia Dunham, de gestoorde professor Dr. Walter Bishop en zijn zoon Peter, die worden belast met een aantal vreemde zaken die over de hele wereld gebeuren. Al die vreemde gebeurtenissen zijn blijkbaar op de een of andere manier aan elkaar gelinkt: er is duidelijk 'een patroon' te herkennen dat over alle zaken heen loopt. Het patroon kan tevens gelinkt worden aan Massive Dynamic, een firma die een aantal patenten houdt op een aantal nieuwe technologieën en enkele mysterieuze onderzoeken doet. Alle zaken draaien rond Fringe science, een tak van de wetenschap die zeer speculatief en omstreden is. Voorbeelden van deze tak van de wetenschap zijn levitatie, telepathie en onzichtbaarheid.
Zeynep trouwt met een man die haar familie niet goedkeurt en gaat in de VS wonen. Ze bevalt van een jongetje, maar als haar huwelijk niet goed gaat, besluit ze naar Turkije terug te keren. Fatih, aan de andere kant, komt uit een rijke familie en gaat naar de VS om te studeren. Maar hij vindt niet wat hij had verwacht en besluit terug te gaan naar Turkije. Deze twee mensen met verschillende achtergronden komen elkaar tegen op dezelfde vlucht naar Turkije. Ze sluiten een huwelijksovereenkomst tijdens de vlucht. Fatih wil dat Zeynep zich voordoet als zijn vrouw omdat zijn familie hem dwingt om met Irem te trouwen. Hij wil zijn vrijheid terug. Zeynep, aan de andere kant, wil geen hulp vragen aan haar familie, dus accepteert ze het aanbod van Fatih.
Een groep vrienden heeft hun magnetron zo aangepast dat deze sms-berichten naar het verleden kan sturen. Terwijl ze verschillende experimenten uitvoeren, spoort een organisatie genaamd SERN, die hun eigen onderzoek naar tijdreizen heeft gedaan, hen op en nu moeten de personages een manier vinden om te voorkomen dat ze door hen worden gevangengenomen.
Als een verjaardagsfeestje een tragische wending neemt, verwoest de nasleep een hechte gemeenschap waarbij families, vriendschappen en harten worden verscheurd.