Sydney fogságba esik. Kiderül, hogy az Emberként emlegetett titokzatos ellenség nem más, mint a saját anyja, a volt KGB-ügynök, Irina Derevko, akit Sydney 20 éven át halottnak hitt. Irina nem bánik kesztyűs kézzel a lányával. Sydneynek végül sikerül kiszabadulnia, Irina pedig váratlanul feladja magát a CIA-nál.

Sydney egyre bizonytalanabb anyja valódi szándékát illetően. Nem tudja eldönteni, hogy édesanyja segíteni vagy ártani akar-e neki. Sloane egyik lépése viszont éppen Sydney főnökei kezére játszik: az SD-6 vezetői megtudják Sydney anyjának titkát. Sloane mindeközben egyre szorosabb kapcsolatot alakít ki a titokzatos és baljós Tizenkettek Szövetségével.

Sydney kalandos akcióban vesz részt, melynek során egy nagy értékű számítástechnikai alkatrészt kell megszereznie. A művelet alatt folyamatosan egy lépéssel megelőzve Sark előtt jár. Ezalatt Jack kénytelen szembenézni Sydney anyjával, Will pedig találkozik Vaughnnal.

Jack annyira aggódik amiatt, hogy Sydney újra megpróbál kapcsolatba lépni az anyjával, hogy úgy dönt, mindent elkövet lánya biztonságának megvédése érdekében.Willt a múltjával próbálja sarokba szorítani egy titokzatos nő. Dixon felfedezései a titokzatos telefonhívás ügyében egyre inkább nyugtalanítják Sloane-t.

A Triád nevű bűnszervezet állítólag új generációs fegyvereket fejlesztett ki, melyeket a budapesti levéltár alagsorában tesztelnek. Sydney azt a feladatot kapja, hogy fényképezze le az új fegyvereket. Sikeresen eljut a megadott helyre, ám legnagyobb döbbenetére az új generációs fegyverek helyett valójában gyerekeket talál, akiket arra képeznek ki, hogy ha felnőnek, szuperkémekként dolgozzanak. Sydney egy speciális kirakós játékot látva rájön, hogy gyerekkorában őt is alávetették ennek a képzésnek.

Jack komoly áldozatot hoz, amikor úgy látja, hogy Sydney belé vetett bizalma fogyni kezd. Közben Sydney és Vaughn lehet, hogy halálos vírusfertőzést kaptak. Sloane-t még mindig kísérti Emily halála, és Vaughn Willhez fordul segítségért emiatt.

A CIA kideríti, hogy Kasmírban nukleáris rakétafejek vannak, amik az SD-6 kezébe kerülhetnek. Egyetlen ember tudná elvezetni a csapatot a helyszínre: Irina Derevko. Jack, aki gyűlöli volt feleségét, úgy dönt, hogy elkíséri Sydneyt és Irinát Indiába. Irina nyakába egy robbanószerrel teli nyakéket tesz, amit ha megpróbál levenni, felrobban. Így akarja kizárni annak lehetőségét, hogy az asszony megszökhessen. Kasmírban a lázadók fogságába esnek, akik megölik az összekötőjüket. Jack, Irina, és Sydney magára marad...

Sydney, Irina, és Jack bejut az épületbe, ahol a robbanófejeket tárolják. Irina, aki korábban ott raboskodott, megjegyezte minden taposóakna helyét, hogy megszökhessen, így biztonságosan átjutnak az aknamezőn. Az épületben foglyul ejtik Jacket, és Sydneyt. Úgy tűnik, mintha Irina elárulta volna őket, de kiderül, hogy csak a volt KGB-s társait vezette félre.

Jack találkozik a szövetségesek titkosszolgálatának fejével, Arian Kane-nel, aki Emily eltűnése ügyében nyomoz, és meg akarja tudni, vajon ki akarja zsarolni Sloane-t. Marshall megkapja végre első önálló feladatát, amelyben Sydney a partnere. Vaughn elküldi Will-t egy CIA-tesztre, Francie pedig gyanút fog, mert Sydney és Will annyira titokzatosan viselkedik...

A Sloane által megbízott Kane ügynök arra gyanakszik, hogy Jacknek köze van Emily meggyilkolásához. Jack valóban nem tud beszámolni néhány dologról, mert akkor felfedné, hogy kettős ügynök. Vaughn, és a CIA technikusai minden apró részletre odafigyelnek, hogy eloszlassák Kane gyanúját, ám egy végzetes hibát követnek el, ezért Jacknek sürgősen el kell tűnnie...

Kane ügynök már Sydneyre is gyanakszik. A lány és Vaughn elköveti azt a hibát, hogy egy párizsi bevetés során együtt vacsoráznak egy étteremben. Kane emberei azonnal kiderítik, hogy Vaugh a CIA embere, így immár Sydneyt is fenyegeti a lebukás veszélye. Jack Irina segítségével olyan bizonyítékot keres, amivel tisztázhatja magát a vádak alól. Kiderítik, hogy a Sloane által korábban meggyilkolt Brialy intim kapcsolatban állt Kane-nel, így legalább Jack tisztázódik.

Sloane eltűnik, a Szövetség új embert nevez ki az SD-6 élére, a volt német kém, a kegyetlen Geiger személyében. Geiger rájön, hogy Sydney, és Jack kettős ügynök. Jack értesíti Sydneyt, hogy lebukott. A lány beszámol Dixonnak arról, hogy az SD-6 nem az, aminek hiszi, és megkéri, hogy segítsen megszerezni a biztonsági kódot. A kód ismeretében a CIA megrohamozza a szövetség összes szervezetét, és az utolsó pillanatban Jacket is megmentik a biztos haláltól. Saek és Sloane összeesküvést szervez a háttérben, melynek első fázisa fondorlatos módon sikerül...

Francie-t, Sydney lakótársát megölik, és egy új lány lép a helyére, aki semmiben nem különbözik Francie-től, ugyanis módosították a génállományát. Egy tudós olyan módszert dolgozott ki, mellyel plasztikai műtét nélkül tud átformálni embereket. Ezt teszi a CIA-s Lennox ügynökkel is. Barátnőjét, aki gyanakszik valamire, megölik. Sydney deríti ki végül, hogy a két Lennox ügynök közül, akik semmiben sem különböznek egymástól, melyik az igazi.

Mivel az SD-6-ot sikeresen felszámolták, Sydney azt fontolgatja, hogy kilép a CIA-tól, és civil foglalkozást választ. Kendall nem fogadja el a felmondását. Sloane elrabol egy matematikust a családjával együtt. Sydney úgy dönt, hogy mégsem mond fel, és részt vesz a matematikus kiszabadításában. Az elrabolt tudós egy különleges eszközt fejlesztett ki, melyet egy svájci bank trezorjában őriznek, és melynek segítségével sikerülhet összeállítani egy középkori kéziratban leírt csodafegyvert. Sloane bejut a bank páncéltermébe, és megszerzi a műszert...

A rendőrök kénytelenek elengedni Sloane-t, aki azzal fenyegetőzik, hogy a kezében lévő távirányítóval levegőbe röpíti az épületet. Sydney lakásában Vaughn felfedez egy lehallgatókészüléket. A CIA átvizsgálja a lakást, és több poloskát is talál, melyekről kiderül, hogy Marshall készítette őket Sloane számára. A CIA állást ajánl Dixonnak, de Dixont a felesége azzal fenyegeti, hogy elhagyja, amennyiben elfogadja az állást. Sloane Afganisztánban felkeres egy pastu hadurat, és felajánlja neki, hogy társuljon vele. Kabir feltétele, hogy az új fegyverrel öljék meg volt feleségét, aki Mexikóban dolgozik, a Vatikán nagykövetségén. Sark beveti a fegyvert, mely az embereket nyomtalanul "eltünteti" anélkül, hogy a környezetükben a legcsekélyebb kár keletkezne.

Irina felajánlja, hogy segít megszerezni egy Rambaldi-kéziratot Bangkokban, melynek segítségével tőrbe csalhatják Sloane-t. Biztonsági okokból Irina testébe nyomkövetőt ültetnek, nehogy megszökjön. Sloane valóban jelentkezik, amint megtudja, hogy Irinánál van a kézirat. Az átadásra Panamában kerül sor. Irina megkéri Jacket, hogy szedje ki testéből a nyomkövetőt, nehogy Sloane rájöjjön, hogy a CIA áll az ügy hátterében. A CIA belső ügyosztálya nyomozást folytat Vaughn ellen, aki több volt KGB-s ügynökkel találkozott. Kiderül, hogy Vaughn saját költségén akarta kideríteni, hogy Irina kapcsolatban állt-e valakivel annak érdekében, hogy szökését előkészítse. Eközben Panamában Irina eltűnik a kézirattal együtt...

Irina tudta nélkül Jack egy alvó adóvevőt ültetett a bőre alá, hogy ha az asszony mégis megszökne a CIA-tól, követni tudják. Sloane egy génkutató központ kutatási eredményeit akarja megszerezni, hogy Rambaldi műveinek segítségével megtalálja az örök élet titkát. Irina vállában az adóvevő sugározni kezd. Sark rájön, és figyelmezteti. Elektrosokkal sikerül hatástalanítaniuk, és a nő ismét eltűnik a CIA látóköréből. Emily találkozik a régen halottnak hitt Irinával, és rájön, hogy férje képtelen megváltozni, ezért jelentkezik a firenzei konzulátuson, és felajánlja, hogy a CIA kezére játssza a férfit. Az akció rosszul sül el, és Dixon pisztolya véletlenül Emilyt találja el...

A meggyilkolt Francie hasonmása mindvégig adatokat szolgáltat Sloane-nak Sydneyről, és az alvó Willből hipnózissal titkos információkat csal ki. Sydney arra gyanakszik, hogy nem jártak el elég körültekintően, amikor a Sloane által elrabolt matematikus feleségét kikérdezték. Kiderül, hogy Caplan felesége, Elsa, a KGB ügynöke, és parancsba kapta, hogy csábítsa el a matematikust. Elmondja, hogy Caplanba egy ciánkapszulát ültettek, amit ha távirányítással aktiválnak, a méreg szétárad a szervezetében, és meghal. Sydney és Vaughn az utolsó pillanatban kiszabadítja Caplant. Sloane a műholdfelvételen meglátja, hogy Dixon találta el Emilyt, és bosszút esküszik. Az ál-Francie felrobbantja Diane kocsiját Dixon szeme láttára...

Diane halála megviseli Dixont. Vaughn észreveszi, hogy valamilyen gyógyszert szed, ezért alkalmassági vizsgálatra küldi. Dixon meghamisítja az eredményt, hogy ne függesszék fel. Sloane egy nepáli kolostorban felkeresi Conradot. A CIA-nak sikerül kiderítenie, hogy az elrabolt szívet a kolumbiai Cartagena városába szállítják. Dixon egy robbanószertkezetet tart az egyik zsoldos orra elé, hogy elárulja, hol van a szív. Rajta kívül senki sem tudja, hogy a szerkezet nem működőképes, de a fenyegetés megteszi a hatását...

A CIA-nál újra terítékre kerül a hasonmások ügye. Annyit tudnak csak, hogy Markovicson kívül létezik még egy hasonmás. Francie kihallgatja Vaugh és Sydney beszélgetését, és rájön, a CIA már tudja, hogy valaki az irodából titkos információkat juttatott ki. Hogy le ne bukjon, Willre tereli a gyanút, akit letartóztatnak. Azt feltételezik róla, hogy ő a másik hasonmás. Amikor az átszállítása során a konvojt megtámadják, sikerül megszöknie. Sydney megpróbálja tisztázni Willt, de Irina megakadályozza...

Irina információi alapján Sydney és Vaughn egy zürichi raktárba megy Sloane összegyűjtött Rambaldi-műveiért. A ládákban csupán használt háztartási gépeket találnak. Időközben Sloane elrabolja a szívet, és Jacket is foglyul ejti. Irina egy e-mailben tisztázza Willt, aki nyomozni kezd a második hasonmás kiléte után. Irina elárulja a lányának, hogy Rambaldi jóslatának beteljesítésére ő az egyik kiválasztott. Sydney a rögzítőjéről értesül Willtől, hogy Francie a hasonmás. Dulakodnak, Sydney lelövi Francie-t, és elájul. Két év múlva tér magához Hongkongban...