Der totgeglaubte Agent Phil Coulson hat den Auftrag, für die Regierungsorganisation S.H.I.E.L.D. ein Elite-Team zusammenzustellen, das sich weltweit auf die Suche nach Menschen mit übernatürlichen Fähigkeiten begeben soll.

Coulson und seine Agenten reisen nach Peru, um ein „0–8–4“ zu bergen.

Dr. Franklin Hall, einer der Agenten wurde von Ian Quinn, seinem ehemaligen Partner, entführt.

Die tot geglaubte Akela Amadour, ein ehemaliger Schützling von Coulson, soll in mehrere Diebstähle verwickelt sein.

Chan Ho Yin ist ein Straßenzauberer in Hong Kong und träumt von einer großen Karriere.

In der S.H.I.E.L.D.-Zentrale erhalten Coulson und sein Team eine spezielle Aufgabe von der Chef-Agentin Victoria Hand: Ward und Fitz fahren nach South Ossetia, um dort eine Waffen-Einrichtung namens „Overkill“ zu schließen.

Während die S.H.I.E.L.D.-Agenten nach der Auseinandersetzung in London noch damit beschäftigt sind, asgardische Artefakte zu sichern, weckt ein Ereignis in Norwegen ihre Aufmerksamkeit: Die heidnische Gruppierung um Jakob Nystrom und Petra Larsen fällen einen jahrtausendealten Baum und bergen in dessen Inneren ein Artefakt.

Nach einem Unfall an einem Partikelbeschleuniger scheint es, als würde es bei Hannah Hutchins nicht mit rechten Dingen zuzugehen.

Zu Beginn der Zusammenarbeit des S.H.I.E.L.D.-Teams wurde Mike Peterson von den Agenten neutralisiert. Seitdem gehört er zu S.H.I.E.L.D. und versucht, die Rekorde von Captain America zu brechen – bislang jedoch erfolglos.

Coulson ist von den Toten auferstanden. Dies ist für „Project Centipede“ von besonderem Interesse und ein Grund, den Agenten zu entführen.

Ein Student der Forschungsabteilung der S.H.I.E.L.D.-Akademie erfindet ein Gerät, das alles einfrieren kann. Dieses Gadget möchte er dem Geschäftsmann Ian Quinn verkaufen.

Auf einer Zugfahrt will das S.H.I.E.L.D.-Team an die Technologie von Cybertek Inc. herankommen.

Skye wird angeschossen und Coulson lässt nichts unversucht, um sie zu retten.

Die asgardische Lorelei kann ihrer Gefangenschaft entkommen und auf die Erde fliehen. Dies ermöglicht den Angriff der Dunkelelfen aus Asgard, die Chaos in den neun Welten stiften.

Lady Sif und Lorelei sind Erzfeindinnen. Beauftragt vom Totengott Odin begeht Lady Sif nun die Jagd nach Lorelei und will sie nach Asgard zurückbringen.

Agent Coulson und sein Team stellen fest, dass sie niemandem trauen können. Denn unter ihnen gibt es offensichtlich einen Verräter.

Das S.H.I.E.L.D. Team ist immer noch mit der Frage beschäftigt, wem man trauen kann. Neben dem Status von Agent Ward, steht auch die Loyalität eines anderen Agenten zur Debatte.

Bevor Coulsons Team zum Schlag gegen HYDRA ausholen kann, müssen sich alle Agenten Eric Koenigs Lügendetektor-Test unterziehen.

Skye kann ihre Kollegen zwar warnen, Ward aber nicht daran hinden sie zu Ward zu bringen. Dieser will sie zwingen die Backup-Festplatte, die fast das gesamte SHIELD-Archiv abbildet, zu dechiffrieren.

Coulsons Team bereitet sich auf die finale Schlacht gegen Garrett und seine Leute vor.

Im Staffelfinale bekämpfen Coulson, May, Triplett und Skye die Centipede-Soldaten, versuchen Cybertek zu infiltrieren, und es kommt es zum unausweichlichen Showdown zwischen Agentin May und dem abtrünnigen Ward, zwischen S.H.I.E.L.D. und HYDRA, zwischen Gut und Böse.