États-Unis, 1963. La crainte d'une guerre nucléaire pousse le Président à lancer le projet « Ascension » : un vaisseau gigantesque emmenant 600 êtres humains pour un voyage de 100 ans vers l'étoile Proxima du Centaure, où leurs descendants pourront coloniser une planète et ainsi sauver l'espèce humaine. À bord du vaisseau, la vie suit son cours. Mais le soir de la célébration du 51ème anniversaire du lancement, le corps d'une jeune femme est retrouvé flottant au bord de la plage artificielle. L'autopsie de Lorelei révèle qu'il s'agit d'un meurtre…

Sur Terre, Harris Enzmann - en charge du projet Ascension après son père - cherche à protéger le secret de l'existence du vaisseau et de « l'anomalie » que représente le meurtre de Lorelei. À bord, Aaron Gault, second du capitane, apprend que Lorelei avait récupéré l'arme qui l'a tuée des mains de Stokes, qui est alors accusé du meurtre et menacé d'être jeté dans l'espace. Lors d'une tempête radioactive, la jeune Christa a une nouvelle vision du « Globus »…

Ascension est en réalité une expérience sociologique, conçue pour étudier la viabilité à long terme des vols spatiaux intergénérationnels, et ses occupants sont persuadés d'être à mi-chemin d'un voyage de 100 ans dans l'espace. La directrice Warren somme Enzmann de collaborer avec l'enquêtrice Samantha Krueger car elle le soupçonne de cacher quelque chose. À bord, l'insurrection dans les ponts inférieurs, qui a pour mot d'ordre « No future », met en place des actes de sabotage…