Chase igazgatónő és Sydney eljátsszák, hogy összevesznek, Sydney felmond, hogy zavartalanul szolgálhassa hazáját egy titkos szervezet keretein belül. Amikor beszervezik, még nem tudja, kik lesznek a munkatársai. Döbbenten látja, hogy a csapat tagjai az apja, Vaughn, Dixon és Sloane. A CIA titkos szervezetének neve: "Belépés csak engedéllyel". Komarov orosz atomfizikus veszélyes instabil izotópot árul. Az üzletet egy bizonyos Vadik nevű bűnöző emberével akarja lebonyolítani egy vonaton.

Miután Vaughn hamis anyagot adott el a vonaton Vadik emberének, megindul a hajsza a bűnöző elfogásáért. Sloane lánya, Nadia, egykor beépült Vadik környezetébe. Sydney tőle kér segítséget. A vonaton elfogott testőr vallomása szerint Vadik nem létezik, a cserét lebonyolító Tamazaki maga Vadik. Sydney megöli Tamazakit, de mielőtt a férfi meghal, bevallja, hogy Irina Derevko felbérelte, ölje meg a lányát.

Sydney-nek el kell csábítania egy fegyverkereskedő gyilkost, hogy megszerezhessen egy ellopott kódfejtő szerkezetet. Ezalatt Vaughn attól tart, Weisset talán megölték egy akció során. Jack és Sydney összezördül, mikor arról vitáznak, elmondják-e a szörnyű igazságot Nadiának Irináról - az anyjáról.

Montenegróban olyan biológiai fegyvert fejlesztettek ki, aminek hatására az emberi test kikristályosodik és ezer szilánkra törik, akár egy kristályváza. Az anyagot jég névre keresztelték. A csapat feladata mintát szerezni a gyilkos fegyverből. Vaughn papnak álcázva magát, megpróbál a maguk oldalára állítani egy ápolónőt, akinek a fivére a kórház egy titkos szárnyában embereken kísérletezik a biológiai fegyverrel. A lány ki szeretne szállni az ügyből, de tartozik a fivérének, amiért az korábban megmentette az életét. Ezért képtelen elárulni őt. Vaughn csapdába kerül. Sydney-t megrémíti, mikor Vaughn mélyen szunnyadó, Lauren halálával kapcsolatos, belső démonai kezdenek felszínre kerülni. Nadia anyjáról, Irináról kérdezi Jacket.

Ellopnak egy nagyon veszélyes elektromágneses fegyvert, amivel katasztrofális károkat okozhatnak. Sydney és Vaughn feladata, hogy egy bebörtönzött orosz terrorista házaspár helyét átvegyék és beépüljenek egy titkos orosz szervezetbe. Mindketten megdöbbennek, amikor a Liberty Village névre keresztelt orosz kiképzőtábort meglátják. Ugyanis egy amerikai kertváros tökéletes mását látják, ahol az ügynökök az amerikai életformát gyakorolják, hogy le ne bukjanak egy amerikai földön végrehajtott bevetés során.

Sydney és Jack egy ügynök házaspár amsterdami lakásában kutatnak olyan nyomok után, melyek megmagyaráznák a feleség öngyilkosságát és a férj eltűnését. Sydney kinyit egy lakattal lezárt szekrényt, ahol különös rajzokat talál. A sötétben hirtelen ráugrik valaki és megharapja. Kiderül, hogy az eltűnt ügynök volt az, akit felesége bezárt a szekrénybe paranoiás tünetei miatt. A harapással Sydney testébe jutott egy olyan anyag, ami folyamatos hallucinációkat okoz. Azt képzeli, hogy az apja meg akarja ölni. Világos pillanatában megkéri, hogy kötözze meg, de amint rátörnek a kényszerképzetek, előrántja a kést, amit korábban magához vett.

Vaughn ügynökkel közli egy orosz informátora, hogy kifejlesztették a fekete thorin nevű vegyületet, ami hatalmas áttörést jelent a robbanóanyagok területén. Az oroszok tagadják a létezését, de kideül, hogy valaki máris vevőt keres rá. Sydney és Nadia Sloane parancsa ellenére az eladó közelébe férkőzik. Tambor, az eladó egy hajón akarja lebonyolítani az üzletet. A vevőt azonban nem csak a fekete thorin érdekli, hanem Tambor egész birodalmára pályázik. Nadia és Sydney csak egymásra számíthatnak, miután felosonnak a hajóra.

Felbukkan Sydney nagy ellenfele, a halottnak hitt Anna Espinoza. Elrabolja Nadiát, arra kényszerítve Sydneyt, hogy végezzen el egy munkát helyette. Nadiát emlékfoszlányok gyötrik, melyek szerint a nővérével halálos tűzharcba bonyolódik. Miután Sydney teljesíti Anna kérését, visszakapja Nadiát, akinek tüzes vassal egy Rambaldi jelképet égettek a tarkójába. Eközben Vaughn együttműködédre próbálja rávenni Sarkot, de a ravasz férfin nem tud kifogni.

Miután Anna Espinoza meglövi Nadiát, a lányt kórházba szállítják, de mesterséges kómában tartják, míg az életfunkciói nem stabilizálódnak. Sark akkor hajlandó segíteni beférkőzni a Cadmus soraiba, amennyiben Vaugh ügynök személyesen mutatja meg neki Lauren holttestét. Sark a szavát adja, hogy segít. Sydney elkíséri, ám egy bárban Anna Espinoza megszökteti Sarkot és üzletet ajánl neki. Sydney és Vaughn a nyomukban vannak, és amikor rajtuk ütnek, Sark elmenekül, de Annát bezárja, hogy Sydney elfoghassa.

Dixon folyamatosan ellenőrzi Sloane-t, mert nem bízik benne. Az otthoni telefonját is figyeli, de nem tud belehallgatni a beszélgetésekbe. Sydney egy családi vacsorát javasol Nadia születésnapjára. Miközben a többiek mulatnak, félrevonul és átküldi Dixonnak Sloane beszélgetéseit. A felvételekből az derül ki, hogy Sloane újra összehívta a Szövetséget, miután birtokába jutott egy titkos listát megfejtő kód. Sydney és Dixon kicserélik a diszket egy álkódra, hogy keresztülhúzzák Sloane számításait, de kiderül, hogy Sloane nem játszott hamisan és a csere folytán Jack kerül veszélybe.

Sydneynek Salzburgba kell utaznia, hogy felkutassa és megszerezze egy biometrikus célzóberendezés kutatási anyagait. A berendezést egy Korjev nevű ember rendelte, aki Angolában tartózkodik. Korjev Jack régi ismerőse, saját maga utazik oda, hogy végezzen vele. Eközben Sydney egy salzburgi bárban kutat a szerkezet után, de hogy bejusson a titkos raktárakba, el kell lopnia egy belépőkártyát. Egy amerikai alkalmazottól lopja el, aki ezáltal halálos veszélybe kerül, de Syd nemn hagyja sorsára a véletlenül belekeveredett civilt.

Sloane közli a csapattal, hogy egy fehérorosz kutatócsoport kifejlesztett egy fontos optikai komponenst, amelyet meg kell szerezni, még mielőtt egy bizonyos Cesar Ramirez argentin szabadúszó kezébe kerül. Nadia egy argentin árvaházban élt, majd megszökött és az utcán élt Cesarral, mígnem egy titkos ügynök felfigyelt rájuk és beszervezte őket. Amikor Nadia megtudta, hogy az általa nagyra becsült Roberto korrupt, megölte. Most azzal a Cesarral kell versengenie, aki egykor a barátja volt.

Sydney Kubába megy, ahol egy fontos információkat tartalmazó merevlemezt kell megszereznie. Az indormátora, Alex, szerint a Harmadik Frakció nevű terrorszervezet támadásra készül. Dixon a központba viszi a merevlemezt, ami toxikus gázt bocsát ki, így az egész iroda karanténba kerül. Sydneyt elfogják és élve eltemetik valahol, egy kubai temetőben. Miután magához tér, a mobilján értesíti társait, de csak Marshall segíthet rajta, mivel elkésett, így nem került karanténba.

Vaughn tovább nyomoz az apja után. A kulcsszó, amit Sophiától megtudott, Fülemüle, de sehol nem talál, semmilyen adatbázisban Fülemüle fedőnevű akciót. Sydney megígéri,hogy segít neki, de kénytelen az apját is bevonni, hogy magasabb szintű hozzáférést kapjon. Jack és Sloane kissé aggódik Sydneyék kutatása miatt, de abban reménykednek, hogy olyasmit tudnak kideríteni, ami nekik nem sikerült. A nyomok egy szibériai nukleáris laborba vezetnek.

Vaughn találkozik Roberts-szel, aki fotókkal bizonyítja hogy Vaughn évek óta halottnak hitt apja életben van. Ahhoz, hogy elárulják hollétét, Vaughnnak végre kell hajtania néhány akciót egy bűnszövetkezet számára. Egy Rambaldi-művet kell ellopnia, amit egy CIA-konvoj kísér, Dixon vezetésével. Az összecsapásban a símaszkos Vaughn kénytelen rálőni Dixonra.

Nadia titokban meglátogatja Kátyát. Csokoládét visz neki, mert nem sejti, hogy a nagynénje allergiás rá. Kátya azt állítja, nem Irina akarta megöletni Sydneyt, hanem valaki más. Sydney megtalálja Irina Kátyának szóló üzenetét, mely arra utal, hogy Sloane fizette a bérgyilkost. Ráadásul Roberts is azt állítja, Sloane a megbízója. Sloane mindent tagad, és kiderül, hogy valóban létezik egy hasonmása, aki még a gesztusait is átvette.

A Belgrádi Frakció nevű terrorista szervezetbe beépült Raimes ügynök egy ideje nem jelentett, ezért azt feltételezik, hogy megölték. Eközben a koppenhágai indonéz követségen a szervezet bombát robbant. Dixon és Vaughn követi Kradicot, és kiderül, hogy Raimes életben van, csak azért nem jelent, hogy megszerezze az új fegyvert, amire Kradicnak fáj a foga. A Hydrosek pár grammja sártengerré változtathat hatalmas tavakat. Jack egyre rosszabbul van a sugárdózis miatt, egy régi barátjával kezelteti magát. Sophia, az árvaház egykori fónöknője felkeresi Nadiát. Sloane és Jack arra gyanakszik, hogy Irina testvére, Elena ártani akar a lányoknak.

Dixon, számítógépes hekkerként beépül Kradichoz, hogy megszerezze a veszélyes fegyvert, a hydroseket. Ám egy harmadik fél is megjelenik a színen. Mivel Jack nem ment be az irodába, Sydney és Vaughn elmegy a lakására, ahol a talált gyógyszeres fiolákból kiderül, mennyire beteg Jack. Annyira szeretne meggyógyulni, hogy csak hallucinálja, hogy Dr. Liddellhez jár, és egy veszélyes szert ad be magának. A lányok lakásában vendégeskedő Sophiáról senki sem sejti, hogy valójában ő Elena, a legkegyetlenebb a Derevko nővérek közül.

Újra felbukkan az ál-Sloane, ezúttal egy kolostorból szándékozik megszerezni egy ritka orchideát, melynek nektárja különleges hatású, egy adott szerrel kombinálva drasztikus változásokat idézhet elő az emberek viselkedésében. Sloane és az ál-Sloane EEG képének összehasonlításakor kiderül, hogy agyuk teljesen egyforma. Sloane-ból hipnózissal próbálna előcsalni egy fájdalmas emléket, amit betáplálnak a klónba, hogy azzal csalják ki belőle, hol van az ellopott orchidea.

Sophia úgy dönt, elutazik. Még aznap este ellopnak minden Rambaldi-műtárgyat a CIA különleges kutatási részlegéről. Chase igazgatónő házkutatást rendel el, Nadiát gyanúsítja, ugyanis az ő laptopjáról hatoltak be a rendszerbe.Jack és Sloane arra a következtetésre jutnak, hogy Sophia valójában Elena Derevko, Irina tesrtvére. Sloane megtalálja Elena prágai búvóhelyét. Dixon és Sydney is szintén az elhagyott gyárépületben keresik Elenát, aki meglövi Dixont. Miután a férfi magához tér, elmondja, hogy látott egy foglyot, aki nem más, mint Irina, Sydney halottnak hitt anyja.

Dixon elmondása szerint Elena fogva tartja Irinát. Jack csak úgy tartja elképzelhetőnek, hogy felesége életben van, ha a Helix protokoll segítségével feleségét klónozták és ő a klónt ölte meg. Mivel időközben kiderült, hogy nem Irina akarta megöletni Sydneyt, a lány Nadiával és Jackkel Gauatemalába indul, hogy kiszabadítsák. A lányok az őserdőben, egy földbe ásott veremben találnak rá anyjukra.

A CIA eleinte nem engedélyezi, hogy a szökevény Irina segítsen megállítani a küszöbön álló katasztrófát, amit Elena és Sloane készítenek elő. Egy oroszországi város teljes népességét megfertőzték. A fertőzött emberek eszüket vesztve támadnak egymásra, az orosz kormány az egészet a szőnyeg alá akarja söpörni úgy, hogy egy légicsapással eltüntetik a föld színéről a várost. Irina, Jack, Vaughn és a két lány odautazik, hogy megállítsák Elenát, mielőtt beteljesíti Rambaldi próféciáját.