Un matin, Josh Fox reçoit une lettre d'une compagnie d'extraction de gaz qui lui propose 100 000 dollars contre le droit d'installer des puits de forage sur les dix hectares du terrain familial, dans la zone non incorporée de Milanville (Pennsylvanie). Méfiant, Fox se renseigne alors sur l'exploitation de la formation rocheuse des schistes de Marcellus qui parcourt la Pennsylvanie, l'État de New York, l'Ohio et la Virginie-Occidentale. Josh Fox visite d'abord Dimock (Pennsylvanie), dans une zone d'exploitation du gaz de schiste. Il y rencontre plusieurs familles dont l'eau du robinet peut prendre feu si l'on en approche un briquet (une enquête d'État menée par la Colorado Oil and Gas Conservation Commission a par la suite prouvé que le problème était dû au méthane naturellement présent dans l’eau et non à la technique de fracturation hydraulique ou à l’exploitation du gaz). Les habitants y souffrent également de nombreux problèmes de santé et craignent que leur approvisionnement en eau soit contaminé.
Josh Fox décide alors de partir plus à l'ouest, dans des endroits où l'exploitation dure depuis une décennie, pour constater son impact sur les communautés sur un plus long terme. Il visite donc différents sites, principalement dans le Colorado, le Wyoming, l'Utah et le Texas, partant à la rencontre des résidents pour en recueillir les récits. Nombre d'entre eux mentionnent des problèmes de santé chroniques, ainsi qu'une contamination de l'air, des puits ou des cours d'eau. Fox admet cependant, dans une interview accordée la radio publique américaine NPR, qu'il ne s'agit que de « causalité suspecte » et pas scientifiquement prouvée2. Parfois, les habitants précisent avoir obtenu des compagnies gazières d'être approvisionnés en eau potable ou de se faire installer des systèmes de purification de l'eau.
Tout au long du documentaire, Josh Fox interroge des scientifiques, des personnalités politiques et des représentants de l'industrie gazière