Torchwood se déroule à Cardiff quelque temps après la fin de la deuxième saison de Doctor Who.
La série narre les aventures de Torchwood 3, la branche galloise de l'Institut Torchwood. L'Institut Torchwood a été créé par la Reine Victoria en 1879 pour lutter contre les ennemis extra-terrestres de l'Empire britannique, enquêter sur les incidents impliquant des extraterrestres et récupérer des objets extraterrestres tombés entre les mains d'humains. Il est directement financé par la Couronne britannique.
On apprend dans l'épisode pilote que la ville de Cardiff est construite sur une faille spatio-temporelle ouverte en permanence, ce qui permet aux aliens de pénétrer dans notre univers.