Olivia tiene un sueño en su apartamento de Boston que está ocurriendo al mismo tiempo y en la realidad en la Estación Central de Nueva York. Sacudidos por la extraordinaria coincidencia, Olivia, Peter y Walter investigan el suceso.

Olivia está empezando a experimentar extrañas visiones premonitorias. Mientras investiga el sorprendente caso de una mujer que ha sufrido una combustión espontánea, Olivia deja de lado su cautela y empieza a dejarse guiar por sus inexplicables visiones.

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

La segunda temporada comienza con el impactante regreso de Olivia desde la desconcertante realidad alternativa, mientras Peter desconoce que compite con una onmipresente fuerza en una carrera contra el tiempo tratando de conseguir información de la visita de Olivia. Walter vuelve al laboratorio para cocinar algo de ciencia marginal y, por supuesto, unas natillas para el cumpleaños de Peter.

En un flashback, Walter le explica a Olivia que en 1985 construyó una ventana que le permitió presenciar los eventos de un mundo alterno. En el otro mundo, Walter está trabajando en una cura genética para su hijo.

Para sobrellevar mejor las malas noticias que lo rodean, Walter decide contarle a la sobrina de Olivia, Ella, un cuento de hadas protagonizado por Olivia y el agente Broyles.

Walter y Olivia visitan el 'otro lado' y se ven obligados a sacrificarse personalmente para prevenir la colisión de los dos universos.

En la segunda parte del final de temporada de dos partes, se harán sacrificios y ambos universos nunca podrán ser los mismos después de que Walter y Olivia visiten el “otro lado”.

En 1985, Walter investiga cuál es el sentimiento que potencia las habilidades de la pequeña Olivia, y su mujer no consigue que Peter confíe en ella.

Bell, en posesión del cuerpo de Olivia, promete que no le va a hacer daño y que va a dejar su cuerpo una vez que encuentre un huésped adecuado. Paralelamente, el equipo Fringe, con la ayuda de un agente del FBI, Lincoln Lee, siguen la pista de una mujer aparentemente inmortal llamada Dana.

Al darse cuenta de que el alma de Olivia está en peligro de desaparecer debido a la posesión de William Bell, el equipo lucha desesperadamente para extraer la consciencia de Bell del cuerpo de Olivia. Por eso, Peter y Walter entran en su mente, donde interaccionan con un Bell en forma de animación.

20 de mayo de 2026. La División Fringe del futuro tiene ciertos cambios, como la incorporación de la sobrina de Olivia, Elle Dunham, o la baja de Walter, que está en la cárcel. Pero las amenazas a las que se enfrentan parecen no tener solución, y para poder tener un futuro deberán enmendar errores del pasado.

Ha pasado una semana desde que Peter crease el puente entre los dos universos en Liberty Island y desapareciese de la realidad, y las dos Olivias comparten información sobre casos, pero los Observadores creen que el trabajo aún no ha terminado.

El pasado de Walter tiene impactantes consecuencias en el presente.

Astrid recibe una inesperada visita del otro lado. Paralelamente, Peter y Olivia localizan a un asesino que utiliza una toxina que aún no ha sido inventada. Los dos universos se unen para resolver un caso que va más allá de los límites de lo posible.

La División Fringe se enfrenta a un caso que a Peter le resulta familiar pero que, sin embargo, en esta realidad ha ocurrido de una forma distinta.

La historia da un salto para situarse en 2036. Los Observadores han dominado a la Humanidad, tomando el control del planeta. Sólo dos agentes de la división Fringe futura se interponen entre los Observadores y la absoluta sumisión de la raza humana, pero para conseguir su objetivo necesitarán la ayuda de alguien del pasado.

Walter se ve forzado a recordar su doloroso pasado.

El equipo es llevado al límite.