La série décrit les différentes enquêtes des agents spéciaux du FBI Fox Mulder et Dana Scully sur des dossiers classés X (« X-Files »), des affaires non résolues impliquant des phénomènes paranormaux, et la quête de Mulder visant à retrouver sa sœur, Samantha Mulder, disparue dans de mystérieuses circonstances lorsqu’il était plus jeune.
