Synopsis : Cette série met en scène une délégation de scientifiques et de militaires partis explorer la cité mythique d'Atlantis, située dans la galaxie de Pégase, et découverte grâce à un avant-poste extra-terrestre situé sur Terre (en Antarctique).
Daniel Jackson (qui apparaît dans le premier épisode) découvre l'adresse complète à 8 symboles de la porte des étoiles de la cité d'Atlantis. Pour activer cette porte qui se trouve dans la galaxie de Pégase, une très puissante source d'énergie est nécessaire. Le général O'Neill (qui apparaît aussi dans le premier épisode et dans des épisode de la saison 3) accepte d'utiliser l'unique E2PZ (Extracteur de Potentiel du Point Zéro, « ZPM » en Anglais) en possession des Terriens afin d'avoir la puissance nécessaire pour activer la porte vers Atlantis.
Une équipe internationale de chercheurs et militaires est envoyée au travers de la porte afin d'établir un nouvel avant poste. Tous savent qu'il n'y aura pas de voyage retour possible s’ils ne trouvent pas la source d'énergie nécessaire afin d'activer la porte dans l'autre sens.
La galaxie de Pégase possède un autre réseau de portes des étoiles (d'aspect différent des portes de notre galaxie) qui a aussi été construit par les Anciens, mais seule la porte d'Atlantis a la capacité d'établir une connexion vers la Terre. Au cours de leur première visite d'une planète, grâce au nouveau réseau de portes de la galaxie de Pégase, l'équipe d'Atlantis découvre un nouvel ennemi appartenant à une race d'extraterrestres appelés Wraith. Ce nouvel ennemi semble bien plus redoutable que ne l'étaient les Goa'uld...
De nouvelles équipes s'organisent et explorent la galaxie de Pégase. L'équipe principale est constituée du major, puis lieutenant-colonel John Sheppard, militaire américain, du Docteur Rodney McKay, astrophysicien canadien, de Teyla Emmagan, native de Pégase, du lieutenant Aiden Ford dans la première saison et de Ronon Dex, également natif de Pégase, dès la seconde. Les autres principaux personnages de la citée sont le Docteur Elisabeth Weir (jusqu'à la saison 3), chef et responsable d'Atlantis (elle a dirigé un temps le SGC dans la septième et huitième saison de Stargate:SG1), Zelenka, "second" cerveau après Rodney, mais aussi le Docteur Carson Beckett (jusqu'à l'épisode 17 de la saison 3), responsable de l'infirmerie. A partir de la saison 4, la citée est dirigée par Samantha Carter.
Fidèle à SG-1, cette série est également le théâtre de nombreux pinces-sans-rire. Ainsi, Rodney est considéré comme le "cerveau" de l'équipe, particulièrement efficace en cas de situation désespérée. On peut ajouter à son palmarès la destruction involontaire de nombreuses planètes (rappelée fréquemment par Sheppard), dûe aux fausses manipulations des objets créés par les Anciens. Rodney considère Ronon et Teyla comme étant respectivement Conan le barbare et Xéna la guerrière.
Les épisodes tournent autour des grands thèmes classiques de SG-1 : la découverte de nouveaux mondes, l'établissement de relations amicales, d'échanges de technologies, mais également de nouveaux thèmes propres à la série comme la recherche de technologies appartenant aux Anciens (beaucoup plus fructueuse dans la galaxie de Pégase) ou encore escarmouches contre les Wraiths ou contre les Geniis.