La vida de Sydney Bristow (Jennifer Garner, Elektra) ha cambiado mucho desde hace unos cuantos años. Mientras estaba estudiando en la universidad, fue reclutada para trabajar como espía en el SD-6, el cual pensaba que era una rama secreta de la CIA. Después de saber que su prometido fue asesinado por el SD-6, se dio cuenta de que en realidad estaba trabajando con el enemigo contra el que pensaba estar luchando. Por ello, Sydney acudió a la CIA y se convirtió en agente doble para ayudar a la CIA a destruir al SD-6, que estaba dirigido por el malvado Arvin Sloane (Ron Rifkin).
Sydney Bristow, estudiante de post-grado, acepta la petición de compromiso de Danny y le revela que trabaja para el SD-6, una división secreta de la CIA, y no para un banco, como él creía. Por saberlo, Danny es asesinado. Syd descubre la verdad sobre el SD-6 y está a punto de ser asesinada por ello. Arriesgándolo todo roba un prototipo para reconciliarse con Sloane, el jefe del SD-6, pero en realidad se convierte en un doble agente para la auténtica CIA. Su misión a partir de ahora será destruir al SD-6. De paso, descubre que Jack, su padre, también es un doble agente para la CIA.
Cuando Syd informa a Vaughn sobre una misión para el SD-6 de la que acaba de volver, descubre que el SD-6 es muchísimo más extenso de lo que ella creía. Después de conseguir cierta información en Moscú, Sydney va a Virginia para encontrar una bomba atómica, que acaba en manos del SD-6 y es vendida a un traficante de armas egipcio. Para arreglarlo, Sydney va a Egipto a espaldas del SD-6 para inhabilitar el dispositivo nuclear.
Syd es enviada a Madrid para obtener una caja con una ilustración de Milo Rambaldi, un visionario del siglo XV que contiene un código. Se encuentra con una agente del rival Directorio K, Ana Espinosa, que acaba llevandose la caja. Mientras, Will, su amigo periodista, investiga la cada vez más misteriosa muerte de Danny. Al final, Sydney y Ana se encuentran para conseguir el código uniendo la caja que lo contiene y el código que la abre.
Sydney y Ana vuelven a encontrarse, esta vez en Málaga, y Sid consigue llevarse lo que buscaba, un extraño cristal, que resulta ser un polímero creado por Rimbaldi. En una posterior misión en Marruecos, Sydney es identificada por alguien que la conoce. Francie, su compañera de piso, sospecha de su novio, Charlie. Jack deja plantada a Sydney después de habar quedado para cenar. Syd acaba yendo a Sao Paulo para proteger a Patel, un premio Nobel de la Paz.
Vaughn le enseña a Sydney el fichero que la CIA tiene sobre su padre. Francie organiza una fiesta de Halloween. Sydney colabora en la suplantación de Schiller por un agente de la CIA. En una misión en Alemania, Dixon, sin saberlo, hace saltar por los aires a todo un equipo de la CIA.
El SD-6 descubre que tienen a un infiltrado en la organización. Sydney investiga sobre lo que leyó sobre su padre. Will sigue investigando la muerte de Danny. Sydney finge locura para ingresar en un asilo mental y encontrar a un asesino allí ingresado, Shepard. Pero el asilo resulta ser algo más de lo que parece y salir de allí no va a ser fácil.
Syd y Shepard escapan del asilo y se descubre que fué Shepard quien mató a Danny. Mientras en el SD-6 siguen buscando los topos en su organización. Syd y sus amigos celebran el día de acción de gracias, y Jack finalmente le revela a su hija cómo fué que murió su madre.
Syd consigue el reloj de Rambaldi en la misión de Oxford. Luego se enfrenta a Sloane por un agente que le ha estado haciendo "sombra". Vaughn la ayuda a prepararse para un sofisticado detector de mentiras. Sydney descubré más tarde un extraño código en los libros de su madre. El reloj acaba revelando una localización a la que se dirigen Syd y Dixon, pero se encuentran con Ana.
Dixon resulta herido y Syd requiere ayuda de la CIA para salvarlo. Más tarde viaja a la Toscana donde Sloane pone a prueba su lealtad con una orden de ejecución falsa. Cuando luego en una misión en Ginebra para retirar unos fondos, su transmisión a la CIA es detectada. Un grupo de operativos del SD-6 la capturan.
Syd ha sido descubierta, pero Jack la salva haciendo aparecer a Russek como el auténtico "topo". Syd es enviada a Kenia a descubrir la nueva identidad de Hassan. Jack viaja a Cuba donde es capturado por el mismo Hassan. Sydney viaja secretamente a Cuba para ayudarle. Pero en un parpadeo, la situación se vuelve de lo más complicada.
Jack y Sydney convencen a Hassan para que se entrege a la CIA, pero éste le entrega códigos falsos y Sydney está a punto de morir en su posterior misión en Creta. Vaughn la salva en el último momento al conseguir que su jefe, Devlin, firme una orden de protección para la familia de Hassan. Syd descubre finalmente para quién trabajaba su madre.
Las noticias de que su madre era de la KGB es demasiado para Sydney, y ahora quiere dimitir del SD-6. De repente con armas pesadas, intrusos encabezados por Mackenas Cole toman el control del edificio para torturar a Sloane y acceder a la cámara acorazada, accionando un explosivo.Forzados por la situación, Jack y Sydney deben pensar rápido para evitar la destrucción total del edificio.
Vaughn desobedece las órdenes e intenta ayudar a Sydney y Jack para evitar la destrucción de la sede del SD-6 y de todos sus ocupantes, además Mckenas continúa su venganza contra Sloane y sus investigaciones acerca del misterioso dispositivo. Mientras, la evidencia, y una desesperada pero determinante mujer, convencen a Will para que continúe su investigación con el SD-6
Sydney y Dixon son enviados a las Vegas para obtener información de una agencia K-Directore que organiza al grupo que atacó y casi destruyó al SD-6. Sydney descubre unas noticias asombrosas sobre el prometido de Francie. Jack sigue intentando ejercer más como padre de Sydney cuando le ayuda a decidir si continúa o no con los estudios universitarios.
Sydney vuelve de la misión del SD-6 en Moscú con un video de una misteriosa reunión de Mr Sark con K-Directorate. Vaughn le pide a Sydney que utilice su amistad con la mujer de Sloane, Emily, para lograr el acceso al misterioso libro de Rambaldi. Mientras la vida de Will comienza a girar sin control cuando es secuestrado y advierte que debe abandonar su investigación sobre el SD-6 o arriesga su vida y la de su familia y sus amigos.
Hay una continua investigación en la conexión de Sydney con el cuaderno de Rambaldi. Según Vaughn, el texto parcialmente descodificado alrededor del dibujo se refiere a ?La Profecía?. Cuando Jack revela que la llave original para descodificar el escrito se retiene en el Vaticano, Sydney convence a Vaughn para acceder al Vaticano con ella. Sloane se entera a través de un individuo miembro de la Alianza de los Doce que, un amigo personal se encuentra conchabado con el enemigo.
Ahora bajo la custodia del FBI, Sydney es el objeto de un intenso escrutinio personal sobre su conexión con la profecía de Rambaldi. Sabiendo que su refugio será borrado con el tiempo; Jack y Vaughn deben crear un peligroso plan que desafía a "La Profecía", le convierte en una fugitiva y conduce a una espectacular persecución de coches.
Sydney vuelve a los Estados Unidas después de haber probado que no es objeto de la profecía de Rambaldi, además se entera de que la CIA está buscando a su madre, Laura Bristol, que se daba por muerta. La conexión había sido realizada por Alexander Khasinau, el hombre que estaba detrás de las acciones de Sark y Cole, y que era el superior de Laura en la KGB.
Todos los caminos conducen a Khasinau, y la mejor vía para seguirlo es un conocido asesino contratado por el Directorio-K para matarlo. El asesino, a.k.a. "El hombre de nieve" es visto en Mackay, Australia, y Dixon y Sydney son enviados allí para capturarlo. En una lucha por acabar con el asesino, Sydney consigue más de lo que pretendía conseguir.
Para capturar a Khasinau y estar más cerca de encontrar a su madre, Sydney y Vaughn establecen la venta clandestina de un artefacto de Rambaldi con el representante de Khasinau, el Sr. Sark. Sloane está obligado a tomar una difícil decisión, cuando su mujer, una enferma terminal, le cuenta a Sydney lo que sabe sobre el SD-6.
La vida de Will está a punto de dar un giro cuando es enviado en búsqueda de la persona responsable de haberle sacado información sobre el SD6. Sloane está a punto de atrapar a Khasinau cuando el SD6 captura al hombre que es su mano derecha, Mr. Sark. Dixon sospecha de las actividades de Sidney y Sloane sigue esperando la decisión de la alianza en cuanto al destino de su esposa.
Para salvar la vida de Hill, Sydney y Vaughn deben destruir el aspecto familiar del dispositivo de Rambaldi, mientras Jack hace un arriesgado trato con el representante de Khasinau, el Sr. Sark. En una serie de confrontaciones, Dixon cuestiona la lealtad de Sydney, más tarde ella es capturada e interrogada por el jefe de Khasinau en un impresionante y revelador final de temporada.
Sydney se reúne con Jack quien ha rescatado a Will, gravemente herido. Los dos le descubren su verdadera identidad a Will y evitan que sea asesinado por el SD-6.
Sydney es enviada a una nueva misión para recuperar un cd-rom que contiene la información comprometida que Irina utilizó para sus chantajes.
Sydney descubre que la cámara que robó era un prototipo y que la Agencia Espacial Asiática va a lanzar la cámara real. Su misión es cablearla para que el SD-6 pueda hacerse con las imágenes que proporciona la cámara.
Sydney es rescatada del hielo y ya en las oficinas del SD-6 recibe la misión de viajar hasta Moscú para recuperar un mapa que está escondido en una biblioteca militar. El mapa revela que la Biblia está en Madagascar.
Sydney viaja a Hungría con la misión de fotografiar las armas escondidas en una oficina en Budapest. Allí descubre que las armas son niños a quienes están adiestrando militarmente.
Jack y Sydney deben de viajar a Ginebra para, haciéndose pasar por pacientes, visitar un hospital en el que se está investigando un mortal virus. De vuelta, Sydney debe evitar la muerte de su madre.
Tras descubrir que Vaughn está infectado, Sydney le pregunta a su madre acerca del antídoto y descubre que se encuentra en Estonia.
Sydney y Dixon reciben una nueva misión, viajar hasta Tajikistan para hacerse con unos códigos que pretenden utilizar unos terroristas.
Sydney, Irina y Jack sufren una emboscada. Los tres deben de confiar entre ellos si quieren salir vivos de Pakistán.
Sydney viaja hasta París con Sark en una nueva misión. Las cosas se van complicando y deben desplazarse a Londres para hacerse con una llave de acceso a un servidor de seguridad.
Durante la última misión, Marshall es capturado, torturado y obligado a usar su memoria fotográfica para reescribir el código que previamente ha memorizado.
Sloane le ofrece a Sydney una nueva misión, recuperar un sistema de misiles guiados, que va a ser transportado de Berlín a Francia.
Sydney se hace pasar por una prostituta para acceder al vuelo 747 en el que viaja permanentemente un servidor que contiene información vital.
Vaughn le dice a Sydney que Sloane es ahora uno de los más buscados por la Interpol. Su nueva misión es liberar a Lennox que está siendo torturado.
Sydney plantea la posibilidad de dejar la Agencia pero Kendall le dice que siendo una civil no podría ver más a sus padres.
Sloane ha preparado todo para utilizar los conocimientos del matemático y preparar una bomba muy potente. Desea aliarse con el señor de la guerra Ahmad Kabir.
Sydney comienza a cuestionar la veracidad de las palabras de Vaughn tras descubrir, a través del agente Yeager, que la CIA le está investigando.
Sydney se enfrenta a su madre, mientras Emily debe decidir si seguir del lado de su marido o traicionarle.
Sydney se enfrenta a su padre en un intento de rescatar a un científico secuestrado, mientras Sloane, buscando venganza, se vuelve cada vez más peligroso.
Sloane recibe una revelación que cambia su vida proveniente de un misterioso monje del Nepal. Mientras Sydney y Dixon intentan dar caza al asesino que robó el corazón de su víctima.
Sydney comienza a cuestionarse la identidad de Will cuando este es arrestado por espionaje. Mientras Irina y Sark planean recuperar el corazón de Rambaldi.
Sydney por fin se enfrenta a su madre quien comunica sus verdaderas intenciones.
Sydney intenta hacer encajar sus dos últimos años de vida y descubre el destino de su familia y amigos. También le asignan un caso de aduanas de la CIA que le puede ayudar a recuperar su memoria.
La búsqueda de Sydney de su pasado la conduce hasta Sark. Sus preguntas se ven truncadas cuando él se convierte en el rescate de unos científicos de la CIA, cuyos secuestradores tienen relación con la muerte de su padre.
Sydney y Vaughn se vuelven a juntar otra vez como un equipo para impedir que Sark destruya el satélite nacional de comunicaciones.
Sydney descubre una conexión entre los dos últimos años de su vida y Simon Walker, el líder de un peligroso grupo que está determinado a recuperar armas biológicas destructivas.
Mientras la vida de Vaughn pende de un hilo, Lauren descubre el papel que jugo Sydney en su apuñalamiento. Marshall es destinado en su segunda misión con Sydney.
Los sentimientos de Sydney cambian cuando se encuentra con Allison, quien presuntamente está muerta y que ahora se vuelve una figura clave para El Pacto.
Jack toma medidas drásticas para asegurarse que el NCS nunca descubra la verdad sobre el asesinato de un diplomático ruso por parte de Sydney.
Cuando la NSC coge a Sydney, Jack y Vaugh no tienen más remedio que aliarse con Sloane para rescatarla. Tienen pocas horas hasta que ella sea sometida a una operación de recuperación de memoria.
Sydney acepta tomar parte de un procedimiento experimental diseñado para recuperar la memoria, pero su cabeza se resiste a que recuerde algo y el procedimiento podría acabar matándola.
La identidad del misterioso St Aidan fuerza a Sydney a quitar a Will de la protección de testigos. Pero la búsqueda, lleva a los dos viejos amigos a colisionar con Allison, la mujer que arruinó sus vidas.
Sydney finalmente descubre la chocante verdad sobre los dos años de su vida que no recuerda.
Jack contacta con una misteriosa mujer, que tiene vínculos con Irina, para rescatar a Sydney y Vaughn que han sido capturados y llevados a un pelotón de fusilamiento en el Norte de Corea.
Sydney y Vaughn tienen que recuperar la Agenda Doleac para así obtener ventaja sobre El Pacto.
Mientras Sydney y Vaughn intentan desconectar una bomba, caen en una emboscada por unos asaltantes sin identificar.
Sydney y Vaughn tienen que convencer al fabricante de bombas, Daniel Ryan, de que son parte de El Pacto para conseguir averiguar donde está escondido uno de sus dispositivos.
Sydney intenta rescatar a los hijos de Dixon que han sido secuestrados por Sark. El estatus de Lauren como doble agente se pone a prueba cuando descubre que tiene que trabajar con su padre.
Jack le revela sus sospechas al senador Reed sobre la lealtad de su hija Lauren. Vaughn decide qué hacer con su matrimonio.
Sydney y Jack advierten a un incrédulo Vaughn sobre sus sospechas sobre la pertenencia de Lauren a la CIA.
Después de descubrir que Lauren esta trabajando para El Pacto, Vaughn tiene que mantener la fachada de ser un matrimonio feliz, para así poder vigilar las actividades de su mujer.
Después de descubrir un secreto sobre su padre Thomas Brill, Vaugh es secuestrado y torturado por Lauren y Sark.
La obsesión de Vaughn por descubrir a Lauren empieza a consumirle. Katia le confiesa su atracción a Jack.
Lauren prepara una asombrosa traición para robar materiales clasificados de la CIA:. Nadia tiene que decidir si puede confiar o no en su padre.
