カナダとの国境に近いアメリカ北西部の小さな町ツイン・ピークスで、ある日ビニール袋に包まれた少女の死体が発見される。被害者は地元の高校に通う17歳のローラ・パーマー。検死の結果、彼女は死の12時間前に少なくとも3人の男と性交渉があり、ドラッグの常習者であった。事実が判明する。町でも評判の優等生だった彼女の身に何が起きたのか?事件解決の為に派遣されたFBI特別捜査官クーパーは地元保安官ハリー・トルーマンと協力していくつかの謎めいた手がかりを発見する。しかし操作が進むに連れ、ローラを巡る人々の意外な一面が明らかとなり、事件はさらに複雑な様相を呈していく。