Nachdem Olivia einen seltsamen medizinischen Eingriff durchmachen musste, kann sie ihren Entführern entkommen.

Zusammen mit Walter und Peter ermittelt sie in dem mysteriösen Todesfall eines Epidemiologen, der von einem riesigen Virus in seinem Körper ermordet wurde. Schließlich findet Olivia eine Spur, die Mitchell Loeb mit ihrer Entführung und dem Mord in Verbindung bringt. Das Team kann ihn ergreifen und gefangen nehmen. Wird er etwas verraten?

In der Zwischenzeit führt Sanford Harris, ein Berater von Homeland Security, eine Überprüfung der Fringe-Abteilung durch. Zu allem Überfluss taucht auch noch Olivias Schwester Rachel auf.

Olivia, Peter und Walter untersuchen einige Todesfälle, bei denen das Gehirn der Opfer verflüssigt wurde, nachdem sie ein Video auf ihrem Computer angeschaut hatten. Alle Opfer stehen in Verbindung zu einem Programmierer, der seinen Job verloren hat. Schließlich wird das Video zu Olivia's Laptop geschickt und ermordet fast ihre Nichte Ella. Um den mutmaßlicher Täter einzufangen, setzt sich Olivia über Agent Harris Anweisungen hinweg.

In der Zwischenzeit bekommt Walter unverhofften Besuch aus seiner Vergangenheit...

Ein Flugzeug stürzt ab, nachdem sich ein Passagier zu einem Monster verwandelt hat. Das Team hält es für möglich, dass Bio-Waffen geschmuggelt werden und John Scott mit dem Fall verbunden ist. Zudem finden sie im Körper des Passagiers und seines Komplizen jeweils eine kristalline Disc. Während Olivia dem Waffendealer auf die Spur kommt und den Fall löst, findet sie heraus, dass John Scott undercover für die NSA arbeitete und sein Körper von Massive Dynamic aufbewahrt wird.

In einem unterirdischen Bau wird ein rätselhaftes Kind gefunden, welches total verstört ist und nicht reden kann. Während das Team den Fall untersucht, scheint das Kind eine Verbindung mit Olivia aufzubauen.

Unterdessen treibt ein bizarrer Serienmörder sein Unwesen und stellt seine Opfer in der Öffentlichkeit aus.

Das Kind kann die Gefühle des Serienkillers empfangen und führt Olivia auf seine Spur. Nachdem sie den Killer gefasst haben, bringt Olivia den Jungen in einer Pflegefamilie unter, um ihn vor dem CIA zu verstecken.

Als ein paar Tierschützer eine Versuchsanstalt für Tierversuche durchstöbern, lassen sie aus Versehen ein von Menschenhand gezüchtetes Hybrid-Wesen frei. Die Kreatur hinterlässt eine Spur von fürchterlich verstümmelten Körpern hinter sich. Walter befürchtet, dass seine frühere Arbeit geholfen hat, die Kreatur zu erzeugen. In manche Körper injiziert das Wesen sogar Larven. Auch Charlie wird nach einem Angriff von den Larven befallen. Das Team muss die Kreatur schnellstmöglich aufspüren und eine Blutprobe nehmen, um Charlie noch das Leben retten zu können...

Olivia träumt wie sie selbst einige Leute ermordet. Das Team findet heraus, dass die Leute von denen Olivia geträumt hat, wirklich gestorben sind. Allerdings scheint es sich um Selbstmorde zu handeln, da keine Hinweise auf einen Täter schließen lassen. Schließlich findet das Team heraus, dass ein Mann in Zusammenhang mit den Morden steht. Nick Lane wurde als Kind - ebenso wie Olivia - mit Cortexiphan behandelt. Er überträgt unabsichtlich seine Emotionen auf andere Leute, die sich daraufhin selbst umbringen. Kann Olivia Nick finden und rechtzeitig stoppen?

Am Ende schaut Walter ein altes Video von Olivia als Kind...

Das Team untersucht seltsame Mordfälle, bei denen die Rückenmarksflüssigkeit der Opfer entnommen wurde. Eine Spur führt sie zu dem Wissenschaftler Nicholas Boone, welcher ein Mitglied der Terroristenorganisation ZFT ist. Er verrät, dass seine Frau Valerie mit einem Virus infiziert wurde und sie deswegen die Rückenmarksflüssigkeit ihrer Opfer benötigt. Während Olivia und Peter Valerie suchen, bemühen sich Walter und Boone ein Gegenmittel herzustellen. Als Valerie erfolgreich geheilt werden kann, verrät Boone alles, was er über ZFT weiß.

Olivia wird bei ihrer Rückkehr aus der anderen Realität schwer verletzt und muss ins Krankenhaus gebracht werden. Es stellt sich heraus, dass ein Gestaltenwandler hinter Olivia her ist. Kurz darauf bekommt die Fringe Division Verstärkung von der FBI Agentin Amy Jessup. Der Gestaltenwandler erhält aus einer anderen Dimension seine Anweisungen. Er soll Olivia befragen und anschließend töten. Amy Jessup kommt gerade noch rechtzeitig und kann Olivia retten. Der Gestaltenwandler kann jedoch fliehen.

Währenddessen reist Broyles nach Washington D.C., um eine Stilllegung der Fringe Division zu verhindern. Nina Sharp ist ebenfalls der Meinung, dass die Abteilung nicht geschlossen werden darf.

Nach Peters Verschwinden ist Walter am Boden zerstört und raucht Marihuana, um sich abzulenken. Als er auf Olivias Nichte aufpasst, erzählt er Ella eine Geschichte. Darin sucht die von der Liebe enttäuschte Olivia den verschwundenen Peter und begegnet dem Erfinder Walter Bishop, der behauptet, dass Peter sein gläsernes Herz gestohlen hat … Ella gefällt das traurige Ende nicht, sie will ein Happy End …