Rien ne va plus à la Fringe Division : le FBI menace de leur couper les fonds pour manque de résultats concrets, et l'agent Dunham a disparu... Au même moment, un violent accident a lieu en ville, mais en apparence, seul une des voitures avait un conducteur... Qui prend la fuite au plus vite. A côté de cela, Walter prépare l'anniversaire de Peter...

Le trio d'enquêteurs se rend en Pennsylvanie pour tenter d'élucider des cas de disparitions inexpliquées. Le suspect principal est un ancien médecin qui a perdu sa femme et son enfant il y a dix-sept ans. Parallèlement, Olivia accepte de consulter un thérapeute peu ordinaire recommandé par Nina Sharp...

Olivia et William parviennent à retrouver Walter. Ils s'enfuient avec lui. Pendant que les deux hommes mettent au point un appareil pour que Walter, Peter et Olivia puissent repartir dans leur monde, cette dernière part à la recherche de Peter. Elle réussit à l'approcher en se faisant passer pour son double. Elle le convainc de rentrer avec elle, mais la section spéciale les suit et leur tombe dessus alors qu'ils s'apprêtent à repartir. Le double d'Olivia, sur ordre de Walterego, réussit à prendre la place d'Olivia dans le groupe, à l'insu de tous. Olivia est enfermée dans une cellule dans l'autre monde pendant que son double commence sa mission d'infiltration...

Dans l'univers réel. Après avoir reçu un mystérieux coup de téléphone en pleine nuit, Peter réalise qu'Olivia qui dort à ses côtés n'est pas celle qu'elle prétend être mais bien celle de l'univers alternatif. Alors qu'il fouille dans son ordinateur, Olivia le surprend et lui fait prendre un puissant sédatif. A son réveil, avec l'aide de Walter et Broyles, ils décident de se lancer à ses trousses. Dans l'univers alternatif, Brandon rencontre le secrétaire à la Défense Bishop qui l'autorise à utiliser Olivia pour des expériences chirurgicales afin de ramener leur Olivia dans leur monde...