切斯特磨坊镇的穹顶在第一季末出现裂纹，外部空气渗入，居民开始出现幻觉和自残行为。科学家团队发现，穹顶其实是由未来人类制造的保护罩，目的是隔绝一种名为“蚀脑微粒”的外星寄生体。原来，地下深层早已存在外星生物样本，一旦穹顶完全破裂，微粒将随风扩散至全球。镇长茱莉亚面临艰难选择：修复穹顶，意味着永远被困；任由穹顶破碎，则导致人类灭绝。最终，居民投票决定牺牲自由，修复穹顶。但在最后一刻，一个孩子发现穹顶外有人在向他们挥手。
相比第一季的悬疑铺垫，第二季在科幻概念上大胆升级。“穹顶即保护”的反转令人意外，对群体决策的描写也颇具深度。虽然节奏仍有些拖沓，但季终的挥手镜头为第三季留足了悬念。
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