Am 6. November 1983 verschwindet in der fiktiven Kleinstadt Hawkins im US-Bundesstaat Indiana der Junge Will Byers. Während sich seine verzweifelte, alleinerziehende Mutter Joyce Byers an die örtliche Polizei wendet, machen sich seine drei besten Freunde Mike, Dustin und Lucas auf die Suche nach ihm. Im Wald stoßen sie auf ein verstörtes Mädchen mit kurzgeschorenem Haar, auf dessen Arm die Ziffern 011 tätowiert sind, weshalb es von den drei Freunden Elfi genannt wird. Elfi besitzt paranormale Fähigkeiten, die sie in Gefahrensituationen anwendet. Diese haben jedoch eine starke körperliche Schwächung zur Folge. Das Mädchen gibt vor, Informationen über den Aufenthaltsort des Jungen zu besitzen, und die drei Freunde nehmen es bei sich auf.
Wenig später verschwindet Barbara, die beste Freundin von Mikes älterer Schwester Nancy. Nancy schließt sich mit Wills Bruder Jonathan zusammen, um den Ereignissen auf den Grund zu gehen.
Im Verlauf der Serie wird in Rückblenden der Hintergrund von Elfi erklärt. So kam das Mädchen nach ihrer Geburt in die Gewalt eines von der Regierung unterstützten wissenschaftlichen Forschungsteams, in dem es ihre mentalen Fähigkeiten ausbauen und übersinnliche Techniken erlernen sollte, unter anderem telekinetische Fähigkeiten. Elfis paranormale Fähigkeiten resultieren aus wissenschaftlichen Experimenten an ihrer Mutter, die inzwischen lebensunfähig und pflegebedürftig ist. Der Leiter des Hawkins National Laboratory, Martin Brenner, gibt außerdem vor, ihr Vater zu sein, um ihr Vertrauen aufrechtzuerhalten. In einer Parallelwelt stieß sie auf ein Monster, das jedes Lebewesen tötet.
Die Beteiligten gelangen in ein Netz aus streng geheimen Regierungsexperimenten und übernatürlichen Ereignissen. Eine wichtige Rolle spielt dabei das Hawkins National Laboratory (kurz Hawkins Labs), eine abgeschottete Forschungseinrichtung des Energieministeriums in einem Wald vor der Stadt. Deren Leiter Martin Brenner versucht, Elfi mit Hilfe von bewaffneten Einheiten wieder in seine Hände zu bekommen.
Mit dem Polizisten Jim Hopper sucht die Mutter des verschwundenen Jungen einen Zugang zu jener Paralleldimension, in der ihr Sohn noch am Leben sein soll. Sie kann zusammen mit Hopper in die Dimension eindringen und Will befreien. Für Nancys Freundin Barbara kommt jedoch jede Hilfe zu spät.
Bei einem Kampf in der örtlichen Schule besiegt Elfi das Monster mittels ihrer paranormalen Kräfte, entschwindet dann aber aufgrund dieser hohen Anstrengung mit dem Monster in eine andere Dimension. Am Ende der Staffel bringt der Polizist Jim Hopper Waffeln, Elfis Lieblingsessen, in eine Truhe in den Wald, um es ihr zukommen zu lassen. Ihr weiteres Dasein in einer anderen Dimension ist also anzunehmen. Zum Schluss wird noch eine Verbindung von Will zur Paralleldimension offenbart: Als er sich an Heiligabend im Bad die Hände wäscht, hustet er und spuckt dabei ein wurmartiges Wesen in das Waschbecken. Für einen kurzen Moment befindet er sich danach in der Parallelwelt.
