L'agent Phil Coulson retourne au sein de l'organisation mondiale du maintien de l'ordre, le SHIELD (Strategic Homeland Intervention, Enforcement and Logistics Division - trad. litt. : Stratégie Habileté Intervention Exécution et Logistique Défensive).

À la suite de l'apparition d'un héros inconnu disposant apparemment de capacités surhumaines, Coulson réunit alors une petite équipe d'agents, extrêmement bien entraînés, afin de s'attaquer aux affaires qui n'ont pas encore été classées ayant un trait à l'étrange et à l'inconnu, mais ils vont rapidement croiser le chemin de CENTIPEDE, une organisation terroriste internationale qui tente de créer un super soldat grâce aux progrès apportés par les rayons Gamma de Bruce Banner et le sérum de Captain America. Cependant, l'équipe va vite finir par se rendre compte que leurs anciens alliés se révéleront être des ennemis faisant partie d'une organisation qui était supposée vaincue durant la Seconde Guerre mondiale....