Dopo essere rimasto fermo a Eureka per via di un incidente, lo Sceriffo Federale Jack Carter e sua figlia Zoe si rendono conto che a Eureka sta succedendo qualcosa di strano. Il fenomeno causa la morte di uno degli abitanti e Carter decide di occuparsi delle indagini insieme all'Agente Allison Blake. Mentre sta raccogliendo indizi per cercare di capire cosa è successo, Carter fa la conoscenza degli eccentrici abitanti di Eureka.

Carter partecipa al funerale di Susan e Walter Perkins insieme ai cittadini di Eureka. Causando un notevole shock nei suoi concittadini, Susan ritorna a Eureka più viva che mai.

Jack Carter sta soffrendo di una perdita della memoria a breve termine e per sbaglio ferisce Henry. Carter è convinto che la sua amnesia sia dovuta a un noto scienziato in visita a Eureka.

Spencer viene rapito dagli alieni, o almeno così sembra, e riportato sulla Terra il giorno dopo all'interno di un Cerchio nel grano. Nel frattempo a Eureka arriva un rappresentante del comitato che si occupa della raccolta di fondi per la città.

In seguito a un incidente di laboratorio, uno scienziato della Global Dynamics, Carl Carlson, viene espulso da Eureka per via dei suoi scarsi risultati come ricercatore. Tuttavia, l'incidente accaduto ha sbloccato delle strabilianti abilità nascoste di Carl.

Carter si occupa di un incidente d'auto che è costato la vita di una persona e sospetta che si tratti di mancato soccorso. Nel frattempo Stark sta subendo forti pressioni per ottenere risultati sul suo progetto.

Callister Raynes, un ex abitante di Eureka, un prodigioso programmatore di computer, ritorna in città e contemporaneamente si scatena una serie di problemi collegati a un virus informatico. Stark è costretto a prendere una decisione difficile, mentre Carter cerca di ritrovare Zoe, che nel frattempo è scappata via con Callister.

Il progetto di nanorobotica della Global disegnato per riparare tessuti organici, sfugge al controllo del laboratorio, invadendo Eureka. Le cose si complicano quando i nanorobots cominciano ad assumere sembianze umane.

Gli abitanti di Eureka si comportano in modo bizzarro, assecondando gli impulsi del loro subconscio. Gli unici a non risentire della cosa sono Carter e Zoe. Insieme cercando di ristabilire la normalità, prima che Stark metta in atto un piano per sconvolgere l'intero pianeta.

S.A.R.A.H - l'intelligenza artificiale che dirige la casa di Carter, prende in ostaggio Jack e altri abitanti di Eureka per impedire che Carter lasci la città. Nel frattempo si attiva uno dei suoi programmi base, B.R.A.D., peggiorando notevolmente la situazione.

Stark riceve l'opportunità di testare il Manufatto top-secret. Una volta attivato, Eureka si ritrova catapultata nell'anno 2010.