A trama gira em torno da adolescente Lindsay Weir (Linda Cardellini) e seu irmão Sam Weir (John Francis Daley) que frequentam o Liceu McKinley (McKinley High School) no início dos anos 80, nos subúrbios de Detroit, Michigan. Lindsay é uma das garotas mais inteligentes de sua escola, participando de grupos de estudos e competições de matemática. Ao ser abalada pela morte da avó, Lindsay perde alguns hábitos e ganha novos fazendo novos amigos, vulgarmente freaks. Este novo estilo de vida de Lindsay traz conflitos às relações com os seus pais. De forma paralela, a série mostra o percurso de Sam e seus amigos geeks enquanto eles tentam se encaixar em um novo universo social.