Основная сюжетная линия фильма — история расследования специальным агентом ФБР Дейлом Купером (Dale Cooper) шокирующего убийства старшеклассницы Лоры Палмер.
Перед зрителями сериала открывается жизнь небольшого провинциального американского городка, населённого дружными, наивными и немного эксцентричными людьми.
История начинается с известия о находке обнажённого тела Лоры Палмер, «завёрнутого в полиэтилен» и выброшенного волнами на берег озера. В ходе расследования перед внимательными взглядами агента Купера, шерифа Трумана и его помощников проходят разные жители Твин Пикс. Постепенно зритель открывает для себя темную и страшную сторону жизни обитателей на первый взгляд тихого и мирного городка.
Действие происходит в 1989 году, каждая серия, за редким исключением, представляет собой один день в порядке хронологии событий.