La serie sigue la tragedia ocurrida cuando unos terroristas atacaron en la maratón anual de Boston el 15 de abril de 2013. Llevaron a cabo el atentado colocando dos bombas caseras de olla a presión que detonaron cerca de la línea de meta de la carrera con 14 segundos y 190 m de diferencia. El resultado fueron tres víctimas mortales y cientos de heridos, entre ellos 17 que perdieron alguna extremidad. Con la ayuda de imágenes de archivo, entrevistas con investigadores, testigos, supervivientes y recreaciones ocasionales, ofrece detalles sobre la investigación del FBI de lo que rápidamente se consideró un atentado terrorista doméstico.
En el primer episodio, horas después de las explosiones, los investigadores examinan minuciosamente las pruebas. Una foto y unos segundos de grabación conducen a un gran avance y a una decisión angustiosa.

Las imágenes de los hermanos Tamerlan y Dzhokhar Tsarnaev se hacen públicas y desencadenan una violenta cadena de acontecimientos. Mientras tanto, las pistas de su pasado cuentan una historia complicada: cómo fue la radicalización de los hermanos, de etnia chechena, y la existencia de posibles colaboradores. Los prejuicios posteriores al 11-S influyeron en la investigación.

Tras su identificación, los hermanos Tsarnaev mataron a un policía del MIT y luego secuestraron a un hombre en su coche. Tuvieron un tiroteo con la policía en la cercana Watertown, durante el cual dos agentes resultaron gravemente heridos (uno de ellos, Dennis Simmonds, murió un año después). Tamerlan recibió varios disparos, y su hermano Dzhokhar le atropelló mientras escapaba en el coche robado. Tamerlan murió poco después.
Se inició una persecución sin precedentes de Dzhokhar, con miles de agentes de las fuerzas del orden registrando una zona de 20 manzanas de Watertown, donde se pidió a los residentes y a los vecinos que permanecieran en sus casas, y se cerraron el sistema de transporte y la mayoría de los comercios y lugares públicos. Después de que un residente de Watertown descubriera a Dzhokhar escondido en un bote en su patio trasero, Dzhokhar Tsarnaev se ve acorralado en un intenso enfrentamiento. Mientras los funcionarios sortean los interrogantes y las sospechas restantes, la ciudad resurge con el eslogan Boston Strong.