En el episodio piloto de la serie nos encontramos con el asesinato de Laura Palmer, en Twin Peaks (Washington), una joven de 17 años elegida reina, que es encontrada entre plásticos a la orilla de un lago.

Para investigar el asunto es envíado al pueblo el excéntrico agente del FBI Dale Cooper, que viene a ayudar al sheriff del pueblo Harry S. Truman en sus investigaciones.
Por otro lado, la familia y los amigos de Laura, todavía conmocionados por lo sucedido, intentan averguar cuáles son las causas de su asesinato y quién pudo ser el culpable. 

La investigación iniciada por el agente Cooper en torno al asesinato de Laura Palmer continúa, su amante secreto , James Hurley, es interrogado, y aparecen dos personajes conectados al crimen el caminoero Leo Johnson y el psiquiatra de Laura el Dr. Jacoby. Por otro lado las mejores amigas de Laura, Donna y Audrey Horne, deciden investigar el caso ellas mismas. 

Cooper muestra un infalible método, al Sheriff Truman y a su quipo, para eliminar sospechosos del caso. Por otro lado Ben, un rico empresario de la ciudad, recibe a su hermano Jarry que llega con malas noticias, y ambos deciden que es necesario visitar el burdel Jack, el tuerto. A la cidad llega el cínico agende del FBI Albert Rosenfield. Josie, la dueña del aserradero, descubre el doble juego de Catherine, su ex-cuñada. Esa noche, Cooper tiene un extraño sueño que eleva la investigación del asesinato a un nuevo nivel.

Éste es uno de los episodios clave de la serie, pero fue mal traducido y doblado al castellano. En el sueño de Coop en el que sale el extraño enano, éste le dice al Agente Cooper que ese chicle que tanto le gustaba va a volver a ponerse de moda... pero lo traducen por ese tipo que tanto le gusta va a volver al lujo. Más adelante, en otros 2 episodios en los que se menta este sueño (sobre todo en el que se descubre quién fue el asesino) la frase se traduce y dobla correctamente. 

Cooper intenta descifrar el extraño sueño que tuvo la noche anterior. Más tarde, en el funeral de Laura Palmer, se revelan sentimientos sobre su tumba. Por otro lado Norma Jennings se entra de que ha su marido Hank van a concederle la libertad provisional. El Sheriff Truman le revela a Cooper la existencia de una sociedad secreta en la ciudad. La prima de Laura, Maddy, llega a la ciudad. 

Después de hacer un retrato-robot e identificar al hombre manco que Cooper había visto en un sueño, éste logra interrogarle. Su nombre es Michael Gerard, vendedor de zapatos, amigo del veterinario Bob Lydecker, que está en coma. En los archivos del veterinario encuentran la ficha de Waldo, un pájaro propiedad de Jacques Renault. En el apartamento de éste encuentran la camisa manchada de sangre propiedad de Leo que Bobby ha escondido allí. Audrey investiga por su cuenta y descubre que Ronette y Laura trabajaban en la misma sección de perfumería de los almacenes de su padre. Finalmente Hank, el marido de Norma, sale de la cárcel, hecho del que se entera Josie el mismo día que descupre la relación entre Catherine y Ben y su plan de destrir el aserradero. 

Cooper, Truman, Tommy Hill y Doc Hayward están en la habitación de Jacques Renault, no hay rastro de él. Allí encuentran una revista, Flesh world, donde encuentran un anuncio de Laura donde solicitaba "ser educada en el amor por hombres maduros y generosos". En un mueble, el inspector encuentra una foto de una cabaña con cortinas rojas, a la cual decicen ir. En el bosque se encuentran con la Mujer del leño y les dice que su leño vio la noche que mataron a Laura a 3 hombres y a 2 mujeres. Al mismo tiempo, Audrey, la hija de Ben, continúa con sus esfuerzos por ayudar al agente Cooper consiguiendo un trabajo en los almacenes de su padre, que era donde trabajaba Laura.

Booby y sus padres se van a ver al psicólogo Dr. Lawrence. Mientras que Donna y James Hurley amuentan sus esfuerzos por saber que le pasó a Laura incluyendo entre su círculo íntimo a su prima Maddy. Por otro lado, Shelly, la esposa maltratada de Leo, decide vengarse. 

El agente Cooper decide visitar de incógnito Jack, el tuerto acompañado de Ed Hurley, el dueño de la gasolinera de la ciudad y tío de James, para intentar encontrar al principal sospechoso del crimen, Jacques Renault. Al mismo tiempo y sin saberlo Cooper, Donna está trabajando infiltrada en el burdel. Por otro lado, Maddy, Donna y James elaboran un plan para engañar al Dr. Jacoby y poder robarle un cinta con una grabación de Laura anterior a su muerte; y Bobby, el novio oficial de Laura, todavía celoso por el affair de ésta, decide hacerle la vida imposible a James. 

Capítulo final de la primera temporada, Leland, el padre de Laura, decide tomarse la justicia por su mano y Cooper y Ed, engañan a Jacques que acaba en el hospital, la serrería se quema con Shelly dentro, algo planeado por Leo bajo las órdenes de Ben, y además, más tarde Leo es disparado por Hank y resulta gravemente herido. Nadine, la mujer de Ed, entra en coma por ingestión de medicamentos. Sin olvidar, que al final del episodio, Cooper es disparado al llegar al Gran Hotel del norte, propiedad de Ben Horne, poniendo fin a la 1ª temporada. 

Mientras Cooper se enceuntra ensangrentado en el suelo, tiene una visión de un misterioso gigante que le ayuda con la investigación. A la mañana siguiente, Albert Rosenfield llega a Twin Peaks para ayudar a Cooper e investigar su ataque. Mientras tanto, el pelo de Lealand Palmer se vuelve blanco de repente y continúa actuando de manera extraña. 

En medio de la investigación sobre el asesinato de Laura y después de su disparo, Cooper recibe la triste noticia de que su ex compañero loco del F.B.I., Windom Earle, se ha suicidado. Donna en su primer día como voluntaria en Comida sobre ruedas conduce a un misterioso encuentro con una anciana y su nieto. Audrey descubre más acerca de la doble vida de Laura en Jack, el tuerto, mientras que su investigación se hace cada vez más peligrosa. 

Donna encuentra el diario de Laura en la casa de Harold Smith; Blackie, la madame de Jack, el tuerto, mantiende a Audry como rehén, para negociar con Jean Renault; James y Madeleine entablan una maistad más íntima a paesar de Donna; Lucy almuerza con Dick Tremayne; el Dr. Jacoby, se somete a la hipnosis, lo que le lleva a ser arrestado; y Nadine se despierta del coma siendo una mujer diferente. 

Cooper y Truman arrestan a Leland tras confesar el crimen de asesinato de Jacques Renault en el hospital. Hank le aconseja a Norma arreglar el restaurante cuando descubre que el crítico de comida M.T. Wents podría visitar Twin Peaks. Mentras, Jean Renault envía una cinta de Audrey Horne seindo retenida por Ben, pidiendo 100.000$ como rescate. Con ayuda de Truman, Cooper investiga la desaparición de Audrey. Josie regresa, argumentando que ha estado en Seattle de negocios, aprendiendo de Pete tras la muerte de Catherine en el incendio del aserradero. Después, un hombre japonés de negocios, Mr. Tojamura, se hospeda en el Gran Hotel del norte. 

Cooper y Truman realizan una reada en Jack, el tuerto; Donna y Madeleine planean robar el diario secreto de Laura en casa de Harold Smith; Ben recibe una proposición de negocios del miesterioso Mr. Tojamura; y Shelly y Bobby reinician su relación, mientras que Leo vive bajo el mismo techo. 

Shelly y Bobby preparan una "fiesta de bienvenida" para Leo; El jefe de Cooper, Gordon Cole, visita a Cooper para informarle del mal estado de salud de Windom Earle; Josie llega un acuerdo con Ben; el hombre manco revela un poco de información sobre Bob; y Leland regresa al trabajo. 

Ben es interrogado sobre Audrey. Andy reflexiona sobre la nota de suicidio de Harold Smith. Shelly y Bobby tienen problemas financieros. Pete descubre los planes de Tojamura y la vida de Ed sigue trastocada, ya que Nedine cree ser una adolescente. La Mujer del leño lleva a Cooper a la caravana y le da un devastador mensaje y Maddy Ferguson es asesinada por el asesino de Laura, del cual se descubre la identidad.