Elsa Le Tellier, agent de la police scientifique de Lyon, a choisi sa carrière en hommage à son père, Josselin, assassiné mystérieusement 30 ans plus tôt. Alors que l'affaire va être prescrite, Elsa se retrouve propulsée en 1994 quelques mois avant le meurtre de son père. Elle va profiter de ce «voyage» pour se rapprocher de lui et devenir sa coéquipière, pour tenter d'empêcher sa mort, sans jamais lui révéler sa véritable identité. Sauf que tout les oppose ! Elsa est respectueuse de la procédure alors que son père utilise des méthodes peu conventionnelles pour résoudre ses enquêtes.
Bien que Josselin se montre de plus en plus méfiant à l'égard de sa nouvelle co-équipière, il doit néanmoins collaborer avec elle sur le meurtre de Ryan, un chanteur de boys band. Josselin est persuadé que la coupable est une groupie, mais Elsa a une petite longueur d'avance : elle sait que celle-ci sera innocentée des années plus tard. Elle convainc son père de suivre une autre piste. En parallèle, elle est invitée par Anouk, sa mère version 1994, à dîner chez les Le Tellier, découvrant ainsi sous un nouveau jour le couple qu'elle forme avec son père : Anouk est une femme lumineuse, mais parfois accablée par le poids de son rôle de mère au foyer.
Josselin est de plus en plus suspicieux envers Elsa depuis qu'il sait qu'elle ment sur son identité. Mais en attendant de la faire tomber, il doit enquêter à ses côtés sur le meurtre de Catherine Marchand, retrouvée noyée dans le Rhône. Leur investigation révèle que Catherine menait une liaison secrète via le Minitel, contredisant l'image d'un mariage parfait donnée par son mari.
Elsa découvre que Nadir monte un dossier sur Josselin pour la police des polices. Elle décide de l'aider pour retrouver la trace de celui qu'elle croit être le futur meurtrier de son père : Zorine, un mafieux russe. Parallèlement à cela, Elsa et Josselin doivent élucider le meurtre d'une jeune femme retrouvée au milieu de crop circles. L'enquête va les mener dans une communauté ufologue.
Après avoir découvert que Colette - son amie de toujours - a eu une liaison avec Josselin, Elsa, furieuse, rompt tout contact avec elle. Désespérée et consciente que la mort de son père se rapproche, elle recroise un mystérieux SDF qui semble savoir qu'elle vient du futur. Mais en attendant, Elsa doit enquêter avec Josselin sur le meurtre de Gilbert Maleck, un photographe de mode qui cachait son activité à sa femme. Ils découvrent que Maleck prenaient des photos de ses modèles nues et souvent contre leur gré. En parallèle, Josselin est de nouveau menacé par un sbire de Zorine.
Alors que l'heure fatidique de la mort de Josselin approche, Elsa comprend en enquêtant sur la mort d'un lycéen, que son frère, Hugo, travaille pour le mystérieux Zorine. Josselin se confie à Elsa et lui avoue qu'il a cherché à couvrir les méfaits d'Hugo en cédant au chantage de Zorine. Persuadée que cela pourrait le sauver, Elsa le convainc de se dénoncer. Acculé, il rend son badge et son arme. Mais alors qu'Elsa le croit hors de danger, Josselin se précipite dans un piège tendu par Vladimir, le sbire de Zorine. Elsa s'interpose pour le sauver et prend la balle destinée à Josselin, lui permettant ainsi de retourner en 2024.
