Une jeune femme est recrutée comme agent secret pour être "piquée" dans l'esprit des personnes récemment décédées, utilisant leurs souvenirs pour enquêter sur des meurtres et déchiffrer des mystères qui autrement auraient disparus pour toujours.

Étudiant en médecine à Édimbourg, le jeune Arthur Conan Doyle aide le Docteur Joseph Bell, un des plus grands chirurgiens de son temps, à résoudre des enquêtes policières. La police requiert effectivement ses services car, outre ses compétences médicales, Bell a un sens aigu de la déduction et de l’observation. Jeune homme plein de fraîcheur débarquant dans un nouveau monde avec ses idéaux, Doyle va se transformer au contact de Bell qui l'initie à ses méthodes d'investigation.

À Westworld, un parc d'attractions dernier cri, les visiteurs paient des fortunes pour revivre le frisson de la conquête de l'Ouest. Dolores, Teddy et bien d'autres sont des androïdes à apparence humaine créés pour donner l'illusion et offrir du dépaysement aux clients. Pour ces derniers, Westworld est l'occasion de laisser libre-cours à leurs fantasmes. Cet univers bien huilé est mis en péril lorsqu'à la suite d'une mise à jour, quelques robots commencent à adopter des comportements imprévisibles, voire erratiques. En coulisses, l'équipe, qui tire les ficelles de ce monde alternatif, s'inquiète de ces incidents de plus en plus nombreux. Les enjeux du programme Westworld étant énormes, la Direction ne peut se permettre une mauvaise publicité qui ferait fuir ses clients. Que se passe-t-il réellement avec les androïdes ré-encodés ?