Monsieur Finch, un mystérieux milliardaire qui vit totalement reclus, a créé un logiciel appelé la «machine», qui peut identifier des personnes reliées à un crime n'ayant pas encore été commis. Ce programme ne peut toutefois pas déterminer l'implication exacte de l'individu identifié, ni le lieu du méfait. Pour empêcher ces actes violents, il fait appel à John Reese, un ancien agent de la CIA présumé mort, qui vit dans la rue depuis des années. Quand le numéro de sécurité sociale d'une jeune assistante du procureur apparaît, Reese et Finch tentent de déterminer si elle est une victime ou une criminelle.

La «machine» a sorti un nouveau numéro. C'est celui de Theresa Whitaker, une adolescente de 15 ans. Seul problème, et de taille : Theresa est censée être morte depuis deux ans avec le reste de sa famille. Son père, Grant Whitaker, était un promoteur immobilier en proie à d'importantes difficultés financières. Selon la police, il aurait abattu sa femme et ses enfants avant de se suicider. Pourtant, Theresa est vivante, et poursuivie par un tueur. Leur enquête oriente Reese et Finch sur la piste de Derek, l'oncle de Theresa. Derek avait mis Grant Whitaker en relation avec la société Landale, des investisseurs liés à la mafia.

Joey Durban, un jeune vétéran d'Afghanistan, est le nouveau cas dont Finch et Reese doivent s'occuper. En apparence, Joey tente de renouer avec la vie civile : retrouver sa relation avec Pia Moresco, sa petite amie de longue date, et travailler comme portier dans un luxueux complexe résidentiel. Reese découvre que Joey mène une double vie en entretenant une relation avec une jeune mère célibataire. Il ferait également partie d'un gang de braqueurs.

La «machine» s'arrête sur le numéro de sécurité sociale de Megan Tillman, un médecin brillant et apprécié, en indiquant qu'elle va être impliquée dans un crime. Face à cette annonce, Reese et Finch font tout leur possible pour protéger la jeune femme. Prétextant qu'il a besoin d'une ordonnance pendant le congé de son docteur habituel, Finch peut entrer en contact avec Megan Tillman. Il met en place une surveillance électronique pointue afin d'intervenir face à un éventuel danger. En parallèle, Reese et Finch mènent une enquête pour anticiper et empêcher un drame. Ils soupçonnent Andrew Benton, accusé dans le passé d'agressions sexuelles, de vouloir s'en prendre à Megan Tillman.

Reese et Finch s'intéressent à Samuel Gates, un juge réputé pour ses condamnations sévères. Leur enquête est compliquée car le magistrat, veuf depuis peu, ne veut rien avoir à faire avec eux. Très vite, Reese se demande si la cible est Samuel Gates ou son fils, qu'il élève avec l'aide d'une nourrice.

Reese se voit confier la protection d'une jeune femme nommée Zoé Morgan. Progressivement, il constate qu'elle est pleine de ressources. Cet aspect de la personnalité de Zoé l'amène à tomber sous son charme. Cette jeune femme ravissante a du caractère et ne s'en cache pas. Pourtant, Reese ressent un malaise grandissant à son égard. Se livre-t-elle à un double jeu ? Qu'a-t-elle intérêt à dissimuler à son protecteur ? Pendant ce temps, Carter est chargé d'une nouvelle enquête au sujet d'un homicide. Mais il peine à comprendre les circonstances du crime. Le mobile est-il aussi évident qu'il y paraît ? Les investigations qu'il mène prennent peu à peu une tournure inattendue. Pourra-t-il assurer sa mission jusqu'au bout ?

Reese se voit confier une dangereuse mission : assurer la protection d'un individu que la mafia russe veut éliminer à tout prix. L'homme en question est un modeste professeur d'histoire. Celui-ci aurait été témoin d'un meurtre commandité par des Russes. Sa vie est sérieusement menacée. Celle de Reese ne vaut guère plus aux yeux de ces criminels.

Reese et Finch s'intéressent à un certain Wallace Negel, un Allemand arrivé aux États-Unis dans les années 80. Lorsqu'ils constatent que leur cible n'a fait aucune transaction électronique depuis 1987, ils en arrivent à la conclusion qu'il s'agit d'un ancien espion de l'Allemagne de l'Est. De son vrai nom Ulrich Kohl, l'homme travaillait pour la Stasi et faisait partie d'un quatuor qui traquait et assassinait les déserteurs de la RDA à travers le monde. Au cours de l'enquête, Reese découvre l'identité de la première victime de Kohl, qui n'était autre qu'un des membres de son équipe. Il pense que l'homme a encore l'intention de tuer.

Alors qu'elle donne habituellement un seul numéro, la machine met cette fois l'équipe sur la piste de quatre personnes différentes, qui n'ont apparemment aucun lien entre elles : Claire Ryan, professeur à l'université de New York, Matt Duggan, serveur, Wendy McNally, coiffeuse, et Paula Vasquez, sans emploi. Reese se met en enquête de la première personne sur la liste, mais il la trouve morte. Persuadé que les trois autres sont en danger, il part sans tarder sur la piste de la deuxième et demande à Finch et Fusco de se charger des deux autres. Par ailleurs, Carter doit répondre aux questions de l'inspection générale des services.

Touché en pleine poitrine par Snow, Reese est en convalescence. Exceptionnellement, c'est donc Finch qui va sur le terrain, tandis que son acolyte l'aide en faisant des recherches sur l'ordinateur. Ils s'intéressent aux agissements d'Ernie Trask, un concierge qui surveille d'un peu trop près ses locataires. De son côté, Carter peut enfin faire avancer un de ses dossiers.

Reese rencontre enfin Carter et espère qu'il va pouvoir la convaincre de l'utilité du travail qu'il mène avec Finch, malgré le caractère illégal de certaines de leurs démarches. La nouvelle affaire à traiter concerne Andrea Gutierrez, une jeune avocate qui a dû se battre pour réussir ses études et sa carrière et qui est à présent très endettée. Elle ne parvient plus à financer à la fois ses frais d'études et son cabinet indépendant. Andrea espère bientôt hériter de dossiers qui lui rapporteront plus d'argent que ceux qu'elle traite actuellement. Pour l'heure, elle défend un ancien détenu qui n'a pas respecté les termes de sa liberté conditionnelle.

Le nouveau numéro indiqué par la machine est celui d'un certain Scott Powell, qu'apparemment rien ne distingue des nombreux hommes qui, comme lui, appartiennent à la classe moyenne américaine. Employé par la ville comme directeur de projets de construction, il habite en banlieue avec sa femme et ses deux enfants. Mais bientôt, Finch et Reese découvrent qu'il mène une double vie. En réalité au chômage à l'insu de sa femme, Scott cherche du travail pour tenter de faire face à ses nombreuses dettes. Il semble tenir pour responsable de ses malheurs Michael Delancey, un parlementaire. Powell est à bout et Reese le soupçonne de vouloir tuer Delancey. Reese et Finch sollicitent l'aide de Zoé Morgan.

Le nouveau nom donné par la machine est celui de Darren McGrady, un garçon de 14 ans. Quand Reese débute son enquête, il découvre que le frère aîné et tuteur légal de l'adolescent, Travis McGrady, vient d'être assassiné. Après le meurtre, Darren a échappé aux autorités, qui voulaient le confier aux services d'assistance à l'enfance. Reese ne tarde pas à retrouver sa trace et comprend qu'il n'a plus qu'une idée en tête : venger son frère. Les coupables sont trois jeunes hommes et Darren a retrouvé l'un d'eux. Il est sur le point de lui tirer dessus quand Reese et Carter arrivent pour l'appréhender.

La personne que le logiciel de Finch a récemment désignée est un certain Michael Cahill, un homme solitaire et violent, membre d'un gang de trafiquants. Dans le but de se rapprocher de lui, Reese entreprend d'infiltrer le réseau de contrebande de Neil Vargas. Mais il n'est pas au bout de ses surprises : après avoir suivi Cahill, il découvre qu'il s'appelle Daniel Tully, qu'il est marié, père de famille, et surtout policier en mission d'infiltration.

Reese et Finch sont amenés à découvrir l'univers impitoyable de Wall Street lorsque le logiciel désigne un jeune trader, Adam Saunders. Travaillant pour l'une des principales banques du marché, habitué à gagner gros, il semble mener une existence respectable. Reese découvre en fait qu'il a une liaison avec Sydney Baylor, cadre haut placé. Surtout, une enquête est ouverte par Doug Rasmussen, membre de la commission de sécurité boursière, au sujet de Saunders. En effet, il pourrait bien être impliqué dans une vaste escroquerie.

Lorsque le logiciel leur fournit le numéro d'un bébé de 6 mois né sous X et recueilli par une clinique depuis deux mois, Reese et Finch se transforment en parents surprotecteurs. Par ailleurs, Gianni Moretti est libéré, et son fils Elias compte bien le tuer. Carter veut offrir une protection à l'ancien prisonnier.

Carter ne répond plus aux appels de Reese et Finch, dont elle désapprouve les méthodes. Par ailleurs, la machine donne le numéro de Jordan Hester, une personne qui ne semble présenter qu'un faible intérêt. Elle ne possède pas de permis de conduire et n'est pas répertoriée sur Internet. Sans aucune photo de Jordan, il est même impossible de savoir s'il s'agit d'un homme ou d'une femme. Seuls quelques indices permettent d'envisager une piste : la cible mène très certainement une double vie. Pour cette nouvelle enquête, Reese et Finch vont travailler sans Carter et exiger de Fusco qu'il revienne à des méthodes plus correctes.

La machine livre cinq numéros correspondants aux cinq plus gros parrains de la mafia de New York. Reese et Finch soupçonnent Elias de vouloir se débarrasser de ses adversaires. Ils tentent de joindre Carter pour la prévenir, mais elle refuse toujours de répondre à leur appel. Carter arrive néanmoins à la même conclusion de Reese et Finch, mais par d'autres moyens. Elle essaie de placer les cinq hommes sous protection, mais deux d'entre eux sont assassinés.

Carter reprend avec circonspection du service pour Reese et Finch. Le numéro d'un convoyeur de fonds, Tommy Clay, est sorti. Reese revêt l'uniforme et part travailler dans le même fourgon blindé, qui transporte du platine. Bientôt, le véhicule est braqué. Reese élimine deux assaillants avant d'être frappé par Tommy, qui abat le troisième coéquipier.

Quand Finch apprend que la nouvelle personne à suivre est Sarah Jennings, une femme qui a fui son mari violent, il ment à Reese et lui dit que la machine n'a fourni aucun numéro. Craignant une réaction excessive de l'ancien agent de la CIA dans cette affaire, du fait des similitudes avec la mort de sa petite amie, il lui accorde une journée de repos en prenant comme prétexte son anniversaire. Fusco est chargé de suivre Sarah, mais il perd vite sa trace et Finch poursuit la filature. Brad Jennings, le mari, ne tarde pas à comprendre que sa femme est suivie et il prend Finch à partie. Reese arrive juste à temps pour empêcher un drame et il commence à travailler à son tour sur l'affaire.

Reese profite d'un peu de temps libre pour s'intéresser de plus près à un nouveau chiffre que délivre la Machine. Ce numéro mène directement à un dénommé Henry Peck. Reese et Finch essaient d'en savoir plus sur cet homme discret qui travaille comme analyste financier. Rapidement, ils décident de le surveiller. Fait troublant, Peck semble très soucieux de ne laisser aucune trace derrière lui. De plus, il mène une existence totalement solitaire. Avec l'aide de Finch, Reese découvre que le bureau où travaille Peck est en fait directement lié à la sécurité nationale des États-Unis.

Lorsqu'un numéro désignant une psychologue sort, Reese et Finch doivent tout faire pour la protéger. S'occupant des problèmes de hauts conseillers, Caroline Turing doit faire face à un dangereux client. Dans un même temps, Reese doit éviter de se faire capturer par le FBI, qui a pris connaissance des informations de Carter à son sujet. De son côté, Finch reçoit la visite inattendue d'un vieil ami.