Po měsících strávených obnovováním spojenectví Federace se vzdálenými světy jsou kapitán Michael Burnhamová a posádka U.S.S. Discovery vysláni na pomoc poškozené vesmírné stanici - zdánlivě rutinní mise, která odhalí existenci nové děsivé hrozby.

Saru se vrací, aby pomohl U.S.S. Discovery odhalit záhadu neobvyklé nové ničivé síly. Zatímco Burnhamová velí posádce, musí také najít způsob, jak pomoci Bookovi vyrovnat se s nepředstavitelnou ztrátou.

Burnhamová a Tilly pátrají po vrahovi důstojníka Hvězdné flotily, zatímco Stamets a vědecký tým závodí s časem, aby anomálie nezabila nikoho dalšího.

Tilly a Adira vedou tým kadetů akademie Hvězdné flotily na výcvikové misi, která se zvrtne v nebezpečný problém. Burnhamová je mezitím vtažena do napjatých jednání na Ni'Varu.

Burnhamová a Book se snaží evakuovat skupinu kolonistů, kteří uvízli v cestě anomálie, zatímco na palubu U.S.S. Discovery přichází jeden z nejchytřejších vědců Federace, aby se Saruem a Stametsem provedli důležitý výzkum.

Při hledání odpovědí se U.S.S. Discovery vydává do subprostorové trhliny vytvořené anomálií temné hmoty. Book mezitím čelí podivnému návštěvníkovi ze své minulosti.

Napětí stoupá, když se zástupci z celé galaxie sejdou, aby čelili hrozbě anomálie temné hmoty. Zořina nová schopnost cítění vyvolává vážné otázky.

Kapitán Burnhamová se na základě předtuchy vydává po stopách Booka na staré známé místo z dob jejich kurýrní služby a nechá se vtáhnout do soutěže o mocnou zbraň, v níž jde o hodně.

Kapitán Burnhamová a U.S.S. Discovery závodí, aby zabránili Bookovi a Ruonu Tarkovi v uskutečnění nekalého plánu, který by mohl nechtěně ohrozit galaxii.

Kapitánka Burnhamová a její posádka se musí vydat tam, kam se dosud vydalo jen málo lidí: za Galaktickou bariéru. Mezitím se Book dozvídá pravdu o tom, co pohání Ruona Tarku.

Zatímco kapitán Burnhamová vede výsadek na planetu, která byla kdysi domovem mimozemšťanů zodpovědných za DMA, Book a Tarka tajně infiltrují U.S.S. Discovery.

Když se DMA přiblíží k Zemi a Ni'Var, kapitán Burnhamová a posádka U.S.S. Discovery se pokusí navázat první kontakt s mocným druhem, který je za to zodpovědný, než bude příliš pozdě.

V závěrečné epizodě 4. řady se Anomálie přiblíží k Zemi a Ni'Varu. Zatímco jsou planety evakuovány, Burnhamová a tým na palubě Discovery musí najít způsob, jak se přiblížit k velmi odlišnému druhu a komunikovat s ním.