Em um futuro contaminado e superpovoado onde, por lei, as famílias não podem ter mais de quatro integrantes, a família Shannon tem seu terceiro filho, uma garota a quem chamam de Zoe. Quando as autoridades descobrem Zoe, prendem o marido, Jim, que é policial. A esposa, Elisabeth, é médica e foi recrutada para ir a Terra Nova, uma viagem no tempo para construir uma civilização ideal na era dos dinossauros. Jim deve arriscar tudo para escapar e levar Zoe na viagem à Terra Nova. Em Terra Nova, Jim deve ganhar a confiança de Taylor, o comandante da colônia. Elisabeth precisa aprender procedimentos médicos que combinem o moderno com o primitivo ao mesmo tempo. Josh, o filho mais velho rebelde, une-se a um grupo de garotos em um passeio não autorizado. E todos descobrem que Terra Nova tem maravilhas - e perigos - pelos quais eles não esperavam.