När Flight 627 landar på Bostons flygplats hittas både passagerarna och besättningen oförklarligt döda. FBI-agenten Olivia Dunham kallas in men när hennes kollega, agent John Scott, håller på att dö under utredningen söker hon desperat efter någon som kan rädda hans liv. Hon hittar Dr Walter Bishop, en briljant forskare som kan vara vår tids Einstein, men det finns en hake - han är inspärrad på psykklinik.

Olivia, Peter och Walter Bishop utreder en kvinnas underliga dödsfall och kvinnan hade även ett underligt barn. Kvinnan var gravid i bara några timmar men barnet var ändå fullt utvecklat och åldrades 80 år på bara några minuter.

En man som kan se in i framtiden ser ett mönster av terrorattacker, och teamet lett av Dr Bishop försöker hindra attackerna från att inträffa.

Teamet undersöker en konstig cylinder som hittades helt oskadad trots att den var mitt i en explosion på en byggarbetsplats i New York. Olivia upptäcker ett samband mellan olika skrämmande händelser.

Teamet utreder ett fall med en man som kan skapa elektricitet och som är inblandad i en serie underliga dödsfall som hade med elektricitet att göra.

En kvinna dyker upp igen efter att ha varit försvunnen i flera veckor. Hon sprider på något mystiskt sätt plåga och död över människorna hon möter. Teamet utreder henne och upptäcker höga halter av radioaktivitet.

Teamet iscensätter en egen Fringe-händelse.

Walter thinks the abduction of a young music prodigy is linked back to his old bunkmate at St. Claire's Hospital. When he kidnaps the child he sees a sequence of flashing lights. Olivia wants Walter to return to the mental institution much to Peter's outcry, but Walter's determination to help ends up having chilling ramifications.

The team is called in to investigate why a man jumps out a window because he thinks he's being attacked by butterflies. Olivia gets some breaks in solving the case from her former partner and that she is so desperate to rid herself of him that she demands to go back into the tank. Meanwhile, some former friends and current foes of Peter find out that he's back in Boston.

The team is called in on a bank robbery similar to other robberies in the area but this particular bank has the thief embedded inside the steel wall of the bank. Somehow the thieves have found a way to defy the law of physics. Walter thinks they're after something of his. As the investigation deepens it all comes to a head when the thieves ambush one of the team.

Efter att ha genomgått en märklig medicinsk undersökning flyr Olivia från sina kidnappare. Men hon blir istället måltavla för en hämndlysten Homeland Security-agent som ska övervaka Fringegruppen. Teamet utreder ett fall där en epidemiolog har blivit dödad av ett gigantiskt virus.

Olivia, Walter och Peter kallas in för att försöka stoppa en mördare som dödar sina offer genom att smälta deras hjärnor när de sitter vid datorn.

En man på ett flygplan börjar bit för bit förvandlas till ett monster. När förvandlingen är komplett går han till attack mot passagerarna och besättningen och planet faller mot sin undergång. Olivia och Peter jobbar under täckmantel för att utreda vad som hänt.

En man flyr från ett fängelse i Tyskland och ingen förstår hur han lyckades fly. I en bisarr händelse vid ett tidningsstånd kvävs en man när hans hud blixtsnabbt växer och täcker över hans näsa, mun och ögon.

Ett rivningshus ska precis sprängas men i sista minuten hittar byggjobbarna en skallig blek pojke gömd i huset. Olivia tar sig an den mystiska pojken och lyckas vinna hans förtroende.

Några djurrättsaktivister bryter sig in i ett laboratorium för att befria försöksdjuren och en av dem öppnar dörren till ett valv. Där inne finns en mystisk varelse och aktivisterna flyr hals över huvud i sin bil, men varelsen hinner ifatt dem.

Olivia drömmer att hon knuffar en kvinna med barnvagn framför ett tunnelbanetåg på Grand Central Station. När Olivia vaknar på morgonen får hon höra på nyheterna att en kvinna verkar ha tagit sitt liv genom att kasta sig framför ett tunnelbanetåg på just den stationen. Olivia åker till New York för att utreda fallet.

Olivia börjar se saker som inte finns. Hon använder sig av synerna för att lösa ett fall med en kvinna som självantänt. Walter försöker bevisa att Bell inte är inblandad i ZFT, medan rapporterna om Observer fortsätter att ramla in i allt stadigare takt.

Någon som står teamet nära attackeras och bioterroristen David Robert Jones kommer tillbaka. Nina ber Olivia om en tjänst och Walter försvinner spårlöst och utan förklaring.