U prvoj epizodi treće sezone dezorijentirana Olivia svim silama pokušava naći način da se vrati kući. Upoznajemo Olivijinu majku Marilyn (Amy Madigan). U međuvremenu, Peter i Walter trude se nastaviti dalje ne znajući da je uz njih druga Olivia.

Odjel za rubne slučajeve na "našoj strani" istražuje zagonetni slučaj ljudi koji padaju u trans i naposljetku umiru. Čini se da je za sve kriva tajanstvena kutija. Peter i Walter proučavaju kutiju, a Olivia iz druge stvarnosti dovodi Petera u nezgodan položaj. Walter i Nina sastaju se u Massive Dynamicu na čitanju oporuke Williama Bella gdje doznaju važne informacije o budućnosti.

Niz neobičnih događaja potiče Odjel za rubne slučajeve da istraže smrtne slučajeve s kojima su povezane neobične slučajnosti. Neobični zločini nastavljaju se dok se naši junaci žure kako bi zaštitili potencijalne žrtve. Ministar Bishop povjeri brigadiru Broylesu svoj strateški plan, a Olivia se suočava sa šokantnom vizijom.

Newton je prisiljen aktivirati metamorfa jer je zabrinut zbog posljedica uznemirujućih događaja u koje je uključen jedan visoki dužnosnik. Walter i ostali prikupljaju dokaze i odlaze istraživati u Massive Dynamic gdje se Walter nađe u opasnosti, a Olivia mora biti na oprezu.

Odjel za rubne slučajeve iz druge stvarnosti istražuje šokantnu sigurnosnu prijetnju kada jedan čovjek oslobodi svog brata blizanca (Shawn i Aaron Ashmore) iz karantene u području zaštićenom jantarom. Drugi Walter ponovno eksperimentira na Oliviji u spremniku. Oliviju muče vizije o Peteru i povratak na drugu stranu.

Brigadira Broylesa iz privatnih razloga uzruja nova otmica serijskog otmičara, a Olivia neumorno traga za novim informacijama o otmici. Olivia ne odustaje od borbe i traži Henryjevu (Andre Royo) pomoć u svojoj tajnoj misiji povratka kući.

Peter se suočava s posljedicama nedavnih događaja, a Olivia očajnički traži saveznika. Odjel za rubne slučajeve nalazi uređaj za komunikaciju između dviju stvarnosti.

Odjel za rubne slučajeve istražuje slučaj u kojem je žrtvi izvađeno srce. Otkrivaju da je to tek prvi u nizu tajanstvenih događaja povezanih s oživljavanjem. Peter se suočava s činjenicama o svojoj vezi s Olivijom.

Promatrač stupa u kontakt s Odjelom za rubne slučajeve u želji da ispravi pogrešku. Walter se sprijatelji s Roscoom Joyceom (Christopher Lloyd), klavijaturistom svog omiljenog benda iz 1970-ih godina Violet Sedan Chair. Kada dozna zašto se bend raspao, Walter shvati da su njihovi životi povezani na neobičan način iako se nikad prije nisu sreli.

Dva incidenta pokreću golemu istragu. Odjel za rubne slučajeve posjeti prostor u Massive Dynamicu u kojem sastavljaju napravu za masovno uništenje. Walter je zabrinut za Petera i obraća se za pomoć Nini Sharp kako bi shvatio vezu između Petera i oružja. U međuvremenu, nakon pronalaska mrtvog tijela, Odjel otvara istragu.

Znanstvenik udahne smrtonosni oblak plavog praha i umre, a njegove kosti se dezintegriraju u tijelu. Centar za kontrolu bolesti sumnja na napad biološkim oružjem. Odjel za rubne slučajeve pokreće istragu. Netko iz Walterove prošlosti povezan s Olivijom nevoljko pristaje pomoći u istrazi.

Odnosi u Odjelu za rubne slučajeve na drugoj strani mijenjaju se nakon odlaska brigadira Broylesa. Odjel istražuje bioterorista naoružanog kukcem koji jede ljude. Olivia iz alternativnog svemira ponovno se sastaje sa svojim dragim. Drugi Walter ne odustaje od plana da spasi svoj svijet, ali otkriva da neke granice nije spreman prijeći.

Istražujući niz rubnih slučajeva, tim dolazi do žene koja oplakuje muževu smrt. Peter i Olivia trude se premostiti emocionalni jaz koji je nastao između njih.

Tim se vraća u prošlost u epizodi koja se nadovezuje na prošlosezonsku epizodu nazvanu Peter, koja nam daje uvid u mukotrpno razdoblje u Walterovu, Peterovu i Olivijinu životu.

Ono što se vine u zrak, ne mora nužno i pasti. Odjel za rubne slučajeve istražuje bandu lopova koji prkose zakonima gravitacije. Walter pokušava usporiti širenje štete koju je prouzročio između dvaju svemira.

Odjel za rubne slučajeve istražuje očiti slučaj samoubojstva, ali odgovori samo izazivaju nova pitanja. Nalaze još nečije otiske prstiju, što ih dovede do neobične žene koja ne može umrijeti.

Događaji na drugoj strani se zahuktavaju i Olivia se nađe u smrtnoj opasnosti.

S pomoću nevjerojatnih laboratorijskih pokusa tim očajnički pokušava izvući svijest Williama Bella iz Olivijina tijela kako je ne bi zauvijek izgubili.

Walter iz druge stvarnosti nalazi način kako nauditi "našoj" stvarnosti te izaziva početak kraja i time ugrožava oba svemira.

Olivia se udružuje s tajanstvenim Samom Weissom (Kevin Corrigan) u očajničkoj bici s vremenom.Pokušavaju da zaustave pristup vremenskoj mašini.

U uzbudljivom finalu treće sezone doznajemo odgovore na neka pitanja dok se Peter suočava sa svojom sudbinom, a omiljeni član tima prerano nas napušta.