カリフォルニア州の大統領予備選前夜。ジャック・バウアー（キーファー・サザーランド）の娘のキム（エリシャ・カスバート）は友人と遊ぶために無断で家を出る。バウアーの妻のテリー（レスリー・ホープ）はキムを探しに出かけ、一方でジャックはCTUロサンゼルス支局に呼び出され、24時間以内に発生するとみられているデイビッド・パーマー上院議員（デニス・ヘイスバート）暗殺の計画を知らされる。バウアーはCTU内部に内通者がいることを知らされる。パーマー上院議員はロサンゼルス内のホテルで不穏な電話を受ける。

ジャックはCTU捜査官のリチャード・ウォルシュから彼がデイビッド・パーマー暗殺計画関係者から追跡されているという知らせを受けると娘を探す計画を棚上げした。ウォルシュは同じくCTU捜査官のスコット・ベイラーと会うが、彼は殺されてしまう。マンディ（ミア・カーシュナー）は暗殺計画主導者のアイラ・ゲインズ（ マイケル・マッシー）に死亡した（大統領の）カメラマンのIDを渡す。テリーが捜索している間、キムは自分と女友達のジャネット・ヨーク（ジャッキー・マックスウェル）が危機的状況にあることを理解する。途中からジャネットの父親アラン・ヨーク（リチャード・バージ）も捜索に加わる。ジャックとウォルシュは暗殺者から逃げようとするがウォルシュは射殺され、その寸前に彼はジャックにCTUの内通者の情報が含まれるカードキーを渡す。

ウォルシュのカードキーの解析結果はニーナ・マイヤーズ（サラ・クラーク）が内通者であることを示した。キムとジャネットは誘拐犯から逃げ出す一方、テリーとアランは捜索を続ける。

ジャックはウォルシュのカードの情報を基に捜査を続ける。CTUではニーナ・マイヤーズとジェイミー・ファレル（カリーナ・アロヤヴ）がジョージ・メイソン（ザンダー・バークレー）の命令に反してジャックを助けることに決める。ジャネットは病院に搬送され、キムはゲインズへと引き渡される。

パーマーはレポーターのモーリーン・キングスレー（デヴィカ・パリク）と会い、彼女は彼の息子のキース・パーマー（ヴィセラス・シャノン）が娘のニコール（メガリン・エキカンウォーク）を強姦した犯人を殺害したという情報源が2つあることを説明する。キムとリック（ダニエル・ベス）はゲインズのキャンプへと連れて行かれる。ジャックは車の中でゲインズに繋がる身元不明の遺体を発見する。アランとテリーはジャネットが手術を受けた病院で待っている。

ジャックとテリーは病院で再会し、ジャックは医師に誰もジャネットに近づけないように警告する。ゲインズはジャックに連絡してキムを誘拐したことを伝え、ジャックは彼の命令に従うことになる。テリーはキムを捜すためにアランと共に病院を出る。パーマーは家族全員が自分に隠し事をし続けていたことを知り、キングスレーが暴露する前に公表することを決意する。ジェイミーは遺体の身元確認を手伝い、ニーナは電話でテリーにそれが本物のアラン・ヨークであることを話し、一緒にいるアラン・ヨークが偽物であることを理解する。

ゲインズの命令に従い、ジャックはCTUに戻ってカードキーの解読作業を妨害する。しかし、すぐにニーナらが妨害に気づいて疑われる。テリーは偽アランからの逃亡を試みるが、ゲインズの仲間たちによって捕らえられる。

ニーナ・マイヤーズとトニー・アルメイダ（カルロス・バーナード）はジェイミーがCTU内部のスパイで、ゲインズと連絡を取り合っていることを突き止める。ゲインズの命令により、ジャックは機材を持ってパーマーが会見するサン・クラリタ発電所へと潜り込む。ジャックはテロリストたちが自分を暗殺犯に仕立て上げるつもりである事を理解する。

シェリー・パーマー（ペニー・ジョンソン・ジェラルド）はモーリーン・キングスレーにスキャンダルを暴露しないように説得する。キムとテリーがゲインズのキャンプで様々な問題を抱えるあいだ、ジャックはシークレットサービスからの逃亡を余儀なくされる。ニーナとトニーはジェイミーから暗殺計画の詳細を聞き出そうとするが難航し、一旦部屋を出た後に戻ってくると彼女は手首を切って意識を失っている彼女が発見される。

テリーは携帯電話を手に入れてジャックに電話をかけ、監禁場所の手がかりを与える。CTUではアルバータ・グリーン（タマラ・チュニー）が到着し、ジャックが逃亡中であることを職員たちに告げる。ジャックはジェイミーのコンピュータの情報に従い、ロサンゼルスの実業家のテッド・コフェルに近づく。

ジャックはコフェルのリムジンの運転手とすり替り、すぐさま家族の居場所を問い詰める。当初ジャックは何の情報も得られなかったが、コフェルの手首を折った際にセルビア語で罵られると一連の事件との繋がりを確信する。直後にコフェルは心臓発作で死亡する。その後ジャックはコフェルが連絡していたケビン・キャロル（アラン・ヨークになりすましていた男）に接触し、問い詰める。キャロルは自分の命を助けることと引き換えにジャックをテリーとキムの換金場所に連れていくことに同意する。ニーナとトニーはCTU内部の更なる内通者を警戒する。ゲインズの雇い主であるアンドレ・ドレーゼン（ジェリコ・イヴァネク）は用済みとなったテリーとキムの殺害を命じる。

ジャックはゲインズのキャンプに到着して家族と再会し、リックの助けを得てバンを手に入れる。ゲインズは意識不明のキャロルを発見し、ジャックの侵入を知る。ジャックたちはキャンプからの脱出に成功するがバンのタイヤを撃たれてしまう。ジャックとリックはゲインズの一味と銃撃を繰り広げるあいだ、テリーとキムは合流地点へと逃げる。リックは負傷するが、辛うじてジャックと共に逃げ切る。パーマーは息子のセラピストのジョージ・フェラガモと話そうとする際、秘密を守るために彼を殺そうとする者が内部にいることを知る。

ジャックとゲインズは最後の戦いを繰り広げた末、ゲインズは死亡する。ジャック、テリー、キムはヘリでCTUへと運ばれる。リックはゲインズとの関わりを罪に問われるのを恐れ、逃亡する。パーマーは検事にフェラガモ博士の死について話すつもりであったが、 カール・ウェブ（ザック・グルニエ）により阻止される。CTUでは第2の暗殺者がロサンゼルスに到着しており、依然としてパーマーの命が危険にさらされていることにニーナが気づく。

キャロルを含むゲインズの傭兵一味の残党たちはアレクシス・ドレーゼン（ミーシャ・コリンズ）によって一掃される。ジャックはCTUに戻ったが、家族と過ごす許可を与えられなかった。トニーはアルバータとライアン・シャペル（ポール・シュルツ）にジャックの行動について知っていることを伝えるのを拒否した。ニーナは病院でキムとテリーを護衛するが、彼らが依然として標的となっていることを察する。パーマーはジャックと自分の繋がりを知ると、今日の彼の行動を問い詰めるためにCTUに行き、ジャックとの面会を要求する。

ジャックとパーマーは顔を合わせる。パーマーは2年前に自身が許可したナイトフォール作戦にジャックが関わっており、彼がその際に部下を失った復讐を理由に自分を暗殺しようとしたのであると考えていた。その作戦の標的はビクター・ドレーゼンというコソボの男であった。ジャックは発電所での行動はゲインズに家族を人質にされたからであったとパーマーに説明する。2人は協力して自分たちへの復讐を企てている輩を探し始め、そしてナイトフォール作戦を手伝ったロバート・エリスの助けを得る。彼らはドレーゼンの息子が復讐を企てていることを知る。テリーは隠れ家での尋問で別居中のジャックとニーナの恋愛関係を知る。ドレーゼンの下で働く男は隠れ家を発見し、エリスを暗殺する。

キースはカールと密会する。パーマーのアシスタントのエリザベス・ナッシュ（カーラ・ゼディカー）は交際中であったアレクシスの正体を知り、打ち明ける。テリーとキムは隠れ家を襲ってきたアンドレの部下から逃げる。

記憶を失ったテリーは旧友を頼り、一方でキムはリックの家へ向かった。ジャックはエリザベスにおとり捜査を頼むが、その最中に彼女はアレクシスを刺す。アレクシスに救命処置を施している最中、彼の携帯電話に着信があり、ジャックはアレクシスのふりをして通話を始める。

デヴィッドとシェリーはキースの証拠を巡って衝突する。キムはリックの家でダン（マシュー・キャリー）の兄のフランク・アラード（エドアルド・バレリーニ）と遭遇する。ジャックはアレクシスのふりをして彼の取引相手に会い、その内容が送電線を止めることであることを知るが、過去にジャックと諍いを起こしたエージェントのテディによって彼は死亡する。テリーはフィル・パーロウ医師（ヴィンセント・エンジェル）と共にテロリストが潜む自宅へと戻ってしまう。

ジャックの家族が行方不明となっていることを知ったニーナは彼に伝えようとするが、任務に集中すべきと考えるメイソンによって妨害される。テリーは自宅で記憶を取り戻そうとし、そこへトレーゼンのテロリストが襲撃する。パーマーは記者会見でマスコミにキースのことを公表する。キムはフランクの麻薬取引の現場に居合わせたことで逮捕される。ジャックとメイソンはアレクシスが送電を止めようとした場所を調べる。

キムは留置所へと連行され、警察は彼女の話を信じない。ジャックは国防省の秘密施設を発見してその警備チームに捕らえられ、テロリストがそこを狙っていることを責任者に警告する。ジャックは施設の者たちに武装させてドレーゼン一味の威嚇して撤退させ、ヘリで搬送されてきた囚人を無事収監する。ジャックは囚人の正体が2年前に殺したはずのビクター・ドレーゼンであったことを知り、衝撃を受ける。ジャックが攻撃が起こる前にドレーゼンを連れて施設から移動しようとした矢先、電力が遮断される。

パーマーはカリフォルニア州だけでなく、全11州の予備選で勝利する。キムはメラニー（ナヴィ・ラワット）の証言により留置所を出る。ジャックたちはアンドレたちからの攻撃を受けてしまい、ジャックはCTUの部隊が来る前に人質となる。ドレーゼンたちは下水道を通って施設を脱出してジャックを殺そうとするが、ジャックはアレクシスがまだ生存していることを話して取引に持ち込む。

シャペルがジャックのためにアレクシスを解放するのを拒否すると、ニーナはパーマーに助けを求める。パーマーとキャンペーン職員のパティ・ブルックス（ターニャ・ライト）は祝賀パーティーを抜け出す。キムはジャックの知らない間にテロリストに捕まる。

パーマーはシャペルの命令を覆し、アレクシスをジャックと交換させる。港ではアンドレとビクター・ドレーゼン（デニス・ホッパー）が負傷して生死を彷徨うアレクシスを回復させようとする。パーマーはパティがシェリーの差金で自分に近づいて来たことを見抜いており、解雇する。ドレーゼンたちはキムを人質にしてジャックを再び操り、パーマーを暗殺させようとする。キムは監禁されている倉庫から脱出し、水中へと飛び込む。アンドレはCTUの内通者と電話し、最新の情報を得る。内通者はニーナ・マイヤーズであることが明かされる。

パーマーは妻のシェリーへ離婚を告げる。ニーナはドレーゼンと共謀し、ジャックにキムの遺体が水辺で発見されたと言って罠に嵌めようとする。ジャックは港へ向かい、ドレーゼン一味との死闘を繰り広げる。ニーナは逃亡計画を聞いてしまったテリーを捕らえる。ドレーゼン一味を全滅させたジャックはニーナから聞いたキム死亡の情報が嘘であったを知り、そしてジェイミーを殺害する彼女が映る監視ビデオを見て内通者であることを知る。CTUに戻ったジャックはニーナの逃亡を食い止め、キムと再会する。さらにテリーを探すジャックであったが、見つかったのはニーナに殺害された彼女の姿であった。画面は死んだ妻を抱きかかえながら号泣するジャックを写しつつゆっくりと暗転する。