Cuando un extraño parásito de apariencia extraterrestre se adhiere misteriosamente a los órganos internos de un agente del FBI, Olivia Dunham viaja a Alemania para entrevistar a un prisionero que puede ser capaz de salvar su vida. Mientras tanto, Peter y Walter intentan ayudarla, grabando las ondas mentales de un cadaver.

Olivia, Walter y Peter investigan la muerte de un vendedor de automóviles que ha sido encontrado en una piscina de un líquido viscoso, al igual que otro hombre en otro lado del país. Cuando Walter descubre que ese líquido es materia cerebral, su objetivo será encontrar cómo es posible hacer líquido un cerebro. A medida que los muertos aumentan, la investigación mostrará un hilo común que vincula a las víctimas de formas inimaginables. Olivia, por su parte, se enfentará al hecho de que alguien a quien quiere puede salir afectado.

La División de Fringe se enfrenta a otro incidente ocurrido en el interior de un avión. Tras un accidente, se encuentran con unos restos muy peculiares. Las pistas prometen respuestas, pero hay algo más complejo y misterioso detrás de lo ocurrido.

Cuando un grupo de activistas de los derechos de los animales asaltan un laboratorio para investigar, uno de los animales se escapa y se destaca una masacre, dejando una multitud de cuerpos mutilados a su paso. Walter deberá enfrentarse a ella.

Alguien muy cercano a la División Fringe es atacado repentinamente. Además, regresa el bioterrorista David Robert Jones y Walter desaparece sin explicación alguna.

Un trabajador de Pennsylvania desaparece de una carretera en construcción y es misteriosamente absorbido hacia un túnel subterráneo en el que se encuentran restos humanos. La División Fringe investiga qué es lo que ha ocurrido.

Una mujer sana, muere de cáncer en cuestión de minutos. Después de más casos en las mismas circunstancias, el equipo Fringe investiga las misteriosas muertes que parecen haber sido transmitidas por contacto, todas las víctimas tienen relación a pruebas con Coretexiphan. Mientras tanto, Olivia trata de tomar una decisión sobre su descubrimiento acerca del orígen de Peter.

Una serie de sucesos anómalos lleva a la División Fringe del "otro lado" a investigar incidentes mortales con inimaginables coincidencias. El equipo se encuentra en una carrera contra el tiempo para proteger a las víctimas potenciales. Mientras, el Secretario Bishop comparte su plan estratégico con el Coronel Broyles y Olivia se enfrenta a una visión de infarto.

Olivia trata de volver a su universo y consigue ayuda de un aliado inesperado. Mientras tanto, la estratagema de la Olivia alternativa es descubierta, por lo que intenta huir hacia el otro lado.

De vuelta en el universo alternativo, la ausencia del Coronel Broyles ha cambiado el funcionamiento de la División Fringe.

La División Fringe sigue la pista de unos ladrones capaces de desafiar la gravedad. Walter descubre antiguas investigaciones de William Bell.

Un asesino en serie fuerza a los dos equipos Fringe a trabajar juntos.

Anomalías temporales aparentemente conectadas a la llegada de Peter empiezan a manifestarse en Boston. Sin embargo, la división Fringe pronto descubre que en realidad son provocadas por un hombre desesperado por reunirse con su esposa, enferma.