История разворачивается в далёком будущем, спустя 400 лет от настоящего времени. В центре повествования оказывается исследовательский космический корабль «Орвилл», который принадлежит межзвёздному флоту Земли. Его разношёрстный экипаж столкнётся со множеством испытаний как за пределами, так и на борту корабля.