Когда засуха, пыльные бури и вымирание растений приводят человечество к продовольственному кризису, коллектив исследователей и учёных отправляется сквозь червоточину (которая предположительно соединяет области пространства-времени через большое расстояние) в путешествие, чтобы превзойти прежние ограничения для космических путешествий человека и найти планету с подходящими для человечества условиями.

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.