„Nazywam się Sydney Bristow. Siedem lat temu zostałam zwerbowana do SD-6, ponoć tajnego wydziału CIA. Zostałam szpiegiem. Miałam nic nikomu nie mówić. Myślałam, że pracuję dla rządu, dopóki nie powiedziałam o SD-6 swojemu narzeczonemu, który natychmiast zginął. Wtedy odkryłam prawdę - SD-6 to tajna komórka terrorystyczna. Okazało się, że pracuję dla wroga, z którym miałam walczyć. Postanowiłam zatem go zniszczyć. Zostałam podwójną agentką. Moim opiekunem w CIA jest Michael Vaughn, a jedynym sprzymierzeńcem w SD-6 inny podwójny agent - człowiek, którego prawie nie znam... mój ojciec."
Sydney dowiaduje się, że Vaughn jest podejrzany o bycie podwójnym agentem na rzecz tajnej komórki terrorystycznej. Mężczyzna kontaktuje się z nią i wyjawia jej prawdę, łącznie ze swoim prawdziwym imieniem. Sydney dowiaduje się, że jest w ciąży. Co jednak się stanie, gdy Vaughn zostanie poważnie postrzelony? Jack, w przeszłości zdradzony przez Irinę, obawia się, że jego córkę czeka podobny los.
Cztery miesiące po śmierci Vaughna, wciąż zrozpaczona Sydney postanawia odnaleźć jego zabójców. Jednym z nich jest Ivan Curtis, którego Sydney, Dixon i Weiss namierzają w Amsterdamie. Okazuje się, że Curtis skradł materiał, za pomocą którego można skonstruować niezwykle potężną bombę. W międzyczasie Jack zatrudnia nowego agenta, Thomasa Grace'a, by zastąpił Vaughna.
Sydney i nowy agent Thomas Grace muszą połączyć siły. W trakcie misji spotykają Rachel Gibson, której przeszłość do złudzenia przypomina historię Sydney. Rachel pracuje dla grupy, której przewodzą Gordon Dean i Kelly Peyton. Rachel postanawia pomóc Sydney, ale jak długo uda jej się ukrywać swoje zamiary przed mocodawcami? W tym samym czasie Dixon towarzyszy Sloane'owi, który dostał przepustkę, by uzyskać lekarstwo dla jego córki, Nadii, która wciąż jest w śpiączce.
Podczas wypełniania misji w Monte Carlo, Sydney wpada w ręce Gordona Deana. Dokładniej rzecz biorąc, jej samochód zostaje zawieszony na elektromagnetycznym podnośniku. Dean grozi, że zwolni podnośnik, o ile nie dostanie tego, czego chce. Jednak czego chce złoczyńca? I czy Sydney uda się wydostać z wozu, zanim spadnie, by roztrzaskać się o ziemię? W międzyczasie ma miejsce proces Sloane'a. Kim jest tajemniczy nieznajomy, który obiecuje mu, że w zamian za przysługę doprowadzi do jego uniewinnienia?
Sydney i Tom dowiadują się, że Renée Rienne skradła kontener kriogeniczny, w którym znajdowało się zamrożone ciało jej ponoć zmarłego ojca. Agenci zostają osaczeni w kryjówce Renée przez najemników, którzy również chcą odzyskać kontener. Jednak ojciec Renée właśnie wtedy się budzi - jaką tajemnicę skrywa zamrożony mężczyzna? W tym samym czasie Sloane nadal kontynuuje poszukiwanie leku dla swojej córki Nadii.
Rachel otrzymuje swoją pierwszą solową misję, gdy agenci mają za zadanie namierzyć oprogramowanie znane pod nazwą „Lasso". Dziewczyna musi przeniknąć na platformę wiertniczą. Za pomocą kontaktu radiowego wspiera i kieruje nią Sydney, której ciąża ogranicza bezpośredni udział w misjach. Na platformie Rachel napotyka Kelly Peyton. Dochodzi do starcia - kto wyjdzie z niego zwycięsko? Jednocześnie Sloane kontaktuje się z Deanem. Czy ich umowa dojdzie do skutku?
Sloane postanawia zdradzić Deana, gdy dowiaduje się, że stan Nadii raczej się nie poprawi. Mężczyźni spotykają się na torze wyścigowym w Dubaju i Dean zostaje pojmany. Jednak w międzyczasie tajemnicza pielęgniarka pojawia się w pokoju Nadii. Jakie ma zamiary wobec córki Sloane'a? Ponadto, kolejna tajemnicza postać mówi Sloane'owi, by zlikwidował Deana. Jaką decyzję podejmie?
Jackowi udaje się ustalić nazwisko projektanta śmiercionośnej bomby, która zabija ludzi, ale nie uszkadza maszyn i wyposażenia. Rachel udaje się na konferencję w Brazylii, aby umieścić pluskwę w komputerze naukowca. Julian Sark również udaje się do tego samego hotelu z identycznym zadaniem. Gdy Rachel i Julian wypełniają powierzoną im misję, idą razem na drinka. Jak zakończy się ten wieczór? I czy Sark okaże się godny zaufania?
Sydney zostaje porwana w Madrycie. Przesłuchujący ją agenci używają jej wspomnień o Vaughnie, aby wydobyć z niej informacje na temat Horyzontu. Jest to element schematu organizacyjnego SD-6, który Sydney widziała tylko raz. Tymczasem Jack śledzi kontakt aż do przedszkola umieszczonego w opuszczonym budynku. Sydney udaje się uciec z pokoju przesłuchań, lecz okazuje się, że znajduje się na pokładzie statku na pełnym morzu. Ponadto dowiadujemy się, ze osoba, która stoi za porwaniem Sydney, jest kimś z jej otoczenia.
Sydney znajduje się na statku, porwana przez ludzi powiązanych z organizacją Prophet Five. Udaje jej się wysłać komunikat do APO z informacjami o swoim położeniu. Jednak wiadomość zostaje przechwycona przez kogoś z CIA i tylko jej niewielka część dociera do APO. Chcąc uratować Sydney, zespół włamuje się do strzeżonej serwerowni CIA i kradnie twardy dysk z nagraną wiadomością od swojej agentki. Uruchamiają alarm, lecz udaje się im uciec przy pomocy Weissa. Muszą jednak dowiedzieć się, kto w CIA jest „kretem" utrudniającym kontakt z Sydney, czeka ich także akcja odbicia Sydney z rąk porywaczy.
Dyrektor CIA ma podejrzenia, że w APO dochodzi do przecieków i zamyka wydział. Jack postanawia kontynuować śledztwo dotyczące organizacji Prophet Five na własną rękę. Sydney wyjawia mu kod, o który pytali ją, gdy była porwana na statku: „Leo-48 Norte". Okazuje się, że jest to kryptonim dawnej tajnej operacji SD-6 we Francji. Sydney spotyka Irinę, która również posiada informacje o Prophet Five. Jack, Irina i Sydney infiltrują bank, gdzie znajduje się skrytka, w której ukryty jest Horyzont - obiekt zainteresowania niedawnych porywaczy Sydney. Nagle w budynku pojawia się Peyton ze swoimi ludźmi i zabija strażników. Okazuje się, że wezwała ją Irina - Sydney orientuje się, że to ona zaaranżowała jej porwanie w Madrycie. Nawiązuje się walka, podczas której Sydney zaczyna rodzić.
Miesiąc po narodzinach dziecka Sydney bierze urlop macierzyński. Kelly Peyton sprowadza Annę Espinosę, dawną przeciwniczkę Sydney, której zadaniem jest porwanie Willa Tippina, objętego programem ochrony świadków. To ma zmusić Sydney do wzięcia udziału w akcji odbicia porwanego, a tym samym konfrontacji z Anną. Tak też się dzieje i Sydney musi walczyć z Espinosą, która rani ją i ucieka z próbką jej krwi. Tymczasem okazuje się, że organizacja Prophet Five wszczepiła w głowę Willa miniaturową bombę, która wybuchnie, jeśli Sydney nie dostarczy Strony 47, dzieła Rambaldiego, do Portugalii. Prophet Five uruchamia Projekt Helix, genetyczny eksperyment mający na celu sklonowanie Sydney.
Sloane wypełnił swoje zobowiązania wobec Prophet Five i otrzymuje w zamian lek, który ma uratować Nadię. Ma to jednak swoją cenę, gdyż, aby lek zadziałał, kobieta musi być wprowadzona w stan śmierci klinicznej na 30 sekund. W tym czasie trwa pościg za Anną Espinosą, która stała się duplikatem Sydney dzięki projektowi Helix. Po udanej wspólnej akcji Sydney proponuje Renée pracę w APO. Jack przybywa do szpitala, gdzie Sloane właśnie aplikuje Nadii cenny lek. Myśląc, że ten próbuje zabić Nadię, Jack rzuca się na Sloane'a i nieomal uniemożliwia podanie leku. Gdy okazuje się, że Sloane otrzymał lek przez „kontakty w Barcelonie", siedzibie Prophet Five, Jack staje się podejrzliwy. Śledzi Sloane'a, który odbiera podejrzaną walizkę ze skrytki pocztowej, lecz jej zawartością okazują się ubrania Nadii. Jack nie jest już pewien swoich podejrzeń i postanawia odpuścić Sloane'owi, w wyniku czego poszukiwana przez Sydney i Renée Strona 47 trafia w jego ręce.
Autopsja Renée Rienne ujawnia chip ukryty w jej ciele. Jest na nim wygrawerowane prawdziwe nazwisko Vaughna - Andre Micheaux, zawiera także fragment jakiegoś kodu. Sydney planuje wyprawę do Nepalu, gdzie przebywa Vaughn. Tam jednak jest już Anna (jako klon Sydney) i dowiaduje się od informatora, gdzie dokładnie ma szukać Vaughna. Gdy Syndey przybywa na miejsce, podstawiony przez Annę informator próbuje ją zabić, pozorując wypadek. Anna spotyka się z Vaughnem i pokazuje mu chip. Znajdują drugą połowę w ciele Michaela i usuwają ja. Złączone połowy zawierają informację o ukrytym bunkrze w Niemczech. Anna i Vaughn udają się tam, śledzeni przez Sydney.
Sydney spotyka się ze Sloanem, który jest przekonany, że to Anna w postaci klonu Sydney. W rozmowie Sloane wyjawia, gdzie znajduje się ostatnia wskazówka Rambaldiego. Jednak wkrótce dowiadujemy się, że zamierza on zabić Annę po znalezieniu przedmiotu. Jadą razem do Rzymu. Tam Sydney (jako Anna) spotyka się z Sarkiem, który wywołuję awanturę, licząc, że zostaną aresztowani przez lokalną policję i zamknięci w areszcie, gdzie właśnie znajduje się poszukiwana wskazówka Rambaldiego. Sydney wydostaje się z celi i natyka się na starszego człowieka, który wręcza jej naszyjnik z czerwonym wisiorkiem - wykonanym przez Rambaldiego. Nagle pojawia się Sloane z zamiarem odebrania wisiora oraz zabicia jej.
Pierwsza część dwugodzinnego finału serialu. Sloane porywa Marshalla i Rachel, przetrzymując ich jako zakładników. Jest to częścią jego planu, który ma na celu odkrycie kluczowej wskazówki, która pomoże rozwikłać zagadkę Rambaldiego. Sydney, Vaughn i APO muszą ścigać się z czasem, by go powstrzymać. Pomaga im w tym żona Marshalla, Carrie. Jednocześnie Sloane wraz z Sarkiem i Peyton opracowuje plan przejęcia Piątego Proroka.
Po zniszczeniu APO, Sydney, Jack i Vaughn muszą znaleźć sposób, by powstrzymać Irinę Derevko i Arvina Sloane'a przed wykonaniem planu Rambaldiego. Peyton mówi Sloane'owi, że dobiła targu na kulę Rambaldiego z sojusznikiem w Chinach. Sloane doprowadza do tego, że ukradzione pociski zostają przesłane do Hongkongu. Członkowie APO dowiadują się o tym planie. Jednak wszystko prowadzi do ostatecznej konfrontacji między Sydney i Iriną.