Serial opowiada o nietypowej parze agentów FBI. Fox Mulder (David Duchovny) i Dana Scully (Gillian Anderson) prowadzą tytułowe Archiwum X, komórkę Federalnego Biura Śledczego, do której trafiają wszystkie sprawy nie dające się wyjaśnić na drodze konwencjonalnego rozumowania. Mulder głęboko wierzy w istnienie istot pozaziemskich i innych niewytłumaczalnych zjawisk, będących przedmiotami ich śledztw. Praca w Archiwum X jest dla niego próbą wyjaśnienia zagadki zaginięcia swojej siostry, która – jak twierdzi Mulder – została porwana przez obcych. Scully natomiast, jako naukowiec, jest bardzo sceptycznie nastawiona do wszelkich badanych przez nich spraw, choć w toku wydarzeń sama także zaczyna wierzyć w paranormalne zjawiska. Z czasem do Muldera i Scully dołączają agenci John Doggett (Robert Patrick) i Monica Reyes (Annabeth Gish), tworząc drugi duet pracowników Archiwum X.

Specjalna jednostka FBI zajmuje się odnajdywaniem zaginionych osób. Agenci odtwarzają ostatnie godziny przed zniknięciem, próbując ustalić, jak do niego doszło.

W tym pełnym napięcia serialu znajdziemy momenty wartkiej akcji, poznamy wiele sekretów, a także będziemy świadkami przygód miłosnych. W rolę głównej bohaterki, dr Jordan Cavanaugh, ponętnej i błyskotliwej patolog z Bostońskiej kliniki wcieliła się Jill Hennessy (Prawo i Porządek). Pracując z pełnym poświęcenia profesjonalnym zespołem kierowanym przez Głównego Patologa Garreta Macy (Miguel Ferrer), Jordan wykracza daleko poza granice swych obowiązków służbowych, by rozwiązać zagadki kryminalne, z jakimi styka się podczas swej pracy.

Sierżant Garner Ellerbee rezygnuje z pracy w policji i zakłada agencję detektywistyczną. Może liczyć na wsparcie Mitcha i Ryana.

Historia lekarzy pracujących w County General, którzy starają się pogodzić życie zawodowe z osobistym.

Serial przedstawia pracę detektywów działu policji zajmujących się badaniem miejsca zbrodni. Pracownicy tego działu używają najnowszych naukowo-technicznych metod, aby bez problemu rozwikłać najtrudniejsze łamigłówki. Scenariusz serialu powstał na podstawie autentycznych materiałów dowodowych i raportów sporządzonych przez organy ścigania na miejscu zbrodni. Autorzy czerpali inspiracje z autentycznych doświadczeń ekipy kryminologów współpracujących z policją. Serial przedstawia trudną i odpowiedzialną pracę techników policyjnych pracujących w jednym z najlepszych laboratoriów w Las Vegas.