美国政府得到情报：恐怖分子控制了一枚核弹，就在洛杉矶，预定今天内要爆炸。 所以…介于此特殊情况，休假中的总统被召回，各部门都被调动起来，连离开ctu一年的杰克.鲍尔也被要求返回总部。 总统亲自致电，杰克克服了之前失去妻子所受的伤痛，重新回到这支队伍中来，因为他要保护更多的美国市民。唯一让他放心不下的便是自己的独生女儿琴，琴自从自己的妈妈死后一直不肯原谅爸爸，在一户人家当保姆。 恐怖分子正在准备炸弹，这将是不平凡的一天的开端……

一切准备就绪，炸弹被装上军车，恐怖分子出发并开始转移核弹了。 在上一季中杰克当卧底要把坏人绳之以法，安全局猜测这次的事与他当卧底时联系的人物乔有关，所以杰克杀死对乔不利的人证，拿他的头回去，以使乔再次相信他。有惊无险的，那群人相信了他。 ctu并没有履行诺言，他们还没有帮杰克去找琴，而琴已经处于危险当中，事情原来是这样的：她当保姆的那家人中男主人有家庭暴力倾向，琴在帮助小女孩逃出她爸爸魔掌的过程中受到威胁。 这时杰克上了那帮人的车，他们带着三枚炸弹。目标竟然是…ctu（反恐部）总部。

杰克的女儿琴带着小女孩，也不知道接下来该怎么办，便打电话给杰克，但他正在执行任务，根本不能帮她，她便带着小女孩搭公车去ctu总部。 而这时的ctu总部并非安全之地，身处当中的人却全然不知。虽然杰克已经提前半小时打电话通知了总统身边的人，但由于他们的失职，ctu在炸弹爆炸前5分钟才收到通知打算撤离，这时已经来不及了，滚滚的浓烟升起，ctu大楼内一片狼藉……

总统开始追查是谁缓报了杰克的情报，导致ctu伤亡惨重，死亡20人，失踪7人。而ctu的负责人因为追查到组装核弹的地方，被钸辐射，严重危及生命，可能只有一天的寿命了。 杰克杀死乔的手下，追查到乔的下落。他赶到那里，打算逼问出是谁指使乔轰炸ctu大楼，杰克力陈当中的利害关系。最终说服了乔打开门，他在给了杰克一些照片之后吞枪自杀了。杰克翻看着手上的照片，表情惊讶。 到底那个照片上的女人是谁呢？下集自会揭晓。

妮娜.麦尔——照片上的女人，反恐小组的奸细。就是因为她，ctu才被炸成现在的样子。而也是因为她，杰克的太太才会被杀害。 杰克想亲自审问妮娜，所以当他发现上司已被放射物辐射的事实之后，以不宣扬这件事为条件，使上司答应他亲自审问杀妻仇人妮娜。 据了解，这批恐怖分子称为“第二波”，美国总统直接联系了恐怖分子所在国家的大使，大使要求与美国共享恐怖分子的资料，并承诺全力支持调查。不料几分钟后，大使所乘的直升机便坠毁了，机上人员无一生还。 看来问题现在才刚刚开始。杰克的审问也刚要开始……

总统的前妻突然拜访，她说想帮助总统，起初总统对她非常警戒，但在听说军队没通知总统就已经开始撤离时，总统开始让她帮助调查内部谁是内奸。 杰克的审问简直上演了一出好戏，本来以为有免死金牌的妮娜气焰嚣张，之后杰克以仇恨的表情出现，加上些带个人情绪的恐吓，妮娜总算配合了些，很难想象杰克该怎样超越个人恩怨的心理。 之后由妮娜带路，杰克和另一名ctu成员一起去找唯一知道核弹消息的人。这时杰克下药迷晕了同事，难道他要对妮娜下手了？

总统的班子开会，而且还处在猜测的阶段，他们怀疑国安局局长罗杰就是那个反对政府的人，一定要在今天把这件事查清楚。 ctu的托尼接到报信后，来到一家当日要举行婚礼的人家，把新郎及岳父带回去协助调查，因为开始怀疑他们赞助了大笔钱给恐怖组织的阿里。 杰克根据妮娜提供的信息找到了法希——唯一知道核弹下落的人，但差点被妮娜逃脱，法希也在昏迷当中。

抓到法希之后，妮娜一直在问他话，因为只有她会那种语言。但当妮娜问出核弹下落之后，她竟然突然杀死了法希，她的要求就是自己可以被释放。杰克的女儿琴和她的男友带着小女孩逃离洛杉矶，被警察中途拦下，因为在汽车后备箱发现小女孩妈妈的尸体，他们被逮捕，并送回洛杉矶。情急之下，琴不得不告诉警察关于核弹的消息。这时杰克与妮娜乘坐的飞机突然受到攻击，有坠毁的危险，他们能安全到达吗？

ctu成员米歇尔用电脑查到杰克所乘飞机是受到地对空导弹的袭击而坠落的。杰克与妮娜同时生还，但在搜救队还没到来之前，已经有敌人来到，他们是来杀人灭口的，而且人数很多。杰克与妮娜暂时合作。 救援队来到，敌人被杀死，但妮娜耍了一个小把戏，私藏了一盒弹夹，挟持了杰克，并想杀死他以防后患。同时妮娜也开始说出了恐怖分子阿里的地址。杰克的生命受到威胁。

杰克以自己的聪明才智再次战胜了邪恶，妮娜被活捉，送回洛杉矶。杰克接着去追查阿里的下落。情况远比想象的要复杂，最初的猜测都有着方向性的错误。被抓起来的新郎指责自己的岳父，并愿意帮助调查，当他们刚刚理出头绪时，和他一起回公司调查的探员被枪杀，凶手竟是——他的未婚妻玛莉。 而总统那里，他的前妻表面是会来帮他，却暗中与他人勾结，看来大家的处境都很危险。

总统下了很大的决心，拘捕了安全局局长，并聘人拷问他为何要阻挡大家找到核弹，他是否知道核弹的下落？ 而杰克他们了解到恐怖分子塞耶阿里会到清真寺去做祷告，所以他们找到了15英里以内的一处清真寺。在确认他在里面之后，他们想等祷告会结束后立刻擒住阿里，没想到祷告完之后，阿里并没有出来。 杰克首先带人冲进去，一个与阿里衣着相符的人已经自焚身亡了，这条线索就这样断掉了吗？ 但杰克随后发现那人的裤子短了三分，说明那人不是阿里，看来要尽快接着找到阿里的下落才行。

杰克最终抓到了阿里，并拉回去审问，阿里是块硬骨头，早就做好了死的准备，杰克只有使出绝招，威胁阿里的家人，反恐小组联络特种部队，绑架了阿里的家人，杰克要求一个个杀了他们，直到阿里说出核弹的下落。 阿里再也不忍心看着自己的亲人死去，说出了核弹下落，在诺顿机场，他们打算开飞机到市中心引爆。 玛莉搞到密码，已经先一步到了那里，核弹的一切准备就绪……

安全部长终于供出点东西，他们在几星期前就发现这枚核弹了，还找了隶属的独立军队珊瑚蛇部队跟踪，招出的地点也是在诺顿机场，也就是说杰克到那里后他们会遇到新的一群屏障阻隔在中间。 但当杰克他们一行人到达时，六个珊瑚部队成员已经都被杀了。 一架飞机正在起飞，他们废了九牛二虎之力终于把飞机截停。本以为已经找到了核弹，但那只不过是一个外壳，真正重要的部分已被转移……

玛莉的姐姐发现玛莉也在机场附近，正要逃走。杰克开枪打中玛莉的手，另外进行了拷问，并从她的话中推测出核弹还在机场。 ctu的负责人梅森因健康问题把权力移交给了托尼，依依不舍的离开了ctu总部。 现在又一个反转发生了，原来雪莉（总统前妻）是在几个月前开始与安全局长有联系的，但据她解释，她只是想暗中帮助总统，并找了证人证实这一切，但经历这么多之后，总统还是选择把她送走了。 终于找到真正的核弹了，它已经被启动，而且随时都会爆炸！！

核弹被预先设置，而且无法被拆除，只能用飞机转移，这时他们还剩55分钟。在选定沙漠之后，他们发现要牺牲飞行员才能够准确投递，使伤亡减至最低。找不到自愿牺牲的人，杰克再一次挺身而出，驾驶飞机去完成这一项伟大的使命。琴打电话给杰克，他们有一段感人至深的对话，原来亲情是永远扯不断的。还剩15分钟时，才发现ctu原负责人梅森竟然也在飞机上，他愿意为国捐躯，并劝杰克跳伞存活。3，2，1…核弹爆炸，从地平线升起美丽的蘑菇云。

ctu在阿里的电脑硬盘上找到一段阿里与三个不同中东国家的谈话录音，总统召集军队首脑开会，预计在几个小时之内，对这三个国家进行军事报复。 但杰克回到总部时，阿里被暗杀，他在死之前告诉杰克他并不认识那三个高层，杰克相信他，所以必须要在这几个小时内找到充足的证据，阻止大规模的军事行动。 正当调查难以展开之时，一个匿名电话打给杰克，他承认杀了阿里，并伪造了录音带，他希望杰克带上玛莉的姐姐凯特去见他，到底凯特与这有什么关联……

四方压力袭来，总统方面，如果他只听信了一个ctu探员的推测而撤回军队，那么他的威信将会受损。 米歇尔也因帮助杰克抢走了重要证人，而被ctu严密监控。 而杰克带着凯特去见那个打电话的人。他想和杰克作笔交易，他要凯特带他回沃特公开一张可以自由出美国的证明，之后他就会给杰克那些伪造录音带的原始资料。凯特会不会安全呢？

迫于舆论和媒体的压力，总统不得不下令让海军、空军做好准备好随时攻打中东。　洛杉矶当地也有一些民众起来暴动，死两人，形势不太乐观。总统还不能果断的下命令或公开演讲，因为他还在希望杰克能找到证据证明那盘录音带是假的。杰克他们也深陷危险之中，好不容易冲出了包围，要提供重要信息给他的人却中弹不得不送往医院抢救，就在他要说出证据的时刻，却还没来得及说就死去了。杰克他们陷入迷茫之中，也不知要怎么办。这时真是“柳暗花明又一村”，他透过x光片上看到了藏在那人身上的芯片。

芯片上竟然有一个追踪器，敌人又找来了，他们打算用调虎离山计，由杰克带着从芯片上拆下来的追踪器引开敌人，凯特跟着另一个探员逃脱。总统这边刚刚下达了攻打三个国家的命令，但听到杰克找到证据之后，他想停止攻打，但就连他的亲信和幕僚都不同意他这样不坚定。总统力排众议，选择相信了杰克。不幸的是杰克被抓起来了，敌人用各种方法折磨他，要他说出芯片的下落。

副总统与总统身边红人麦克竟然打联手，背着总统召开一个弹劾总统的会议，总统的得力助手玲发现了这点，却被麦克软禁，她在想办法逃脱时摔下楼被送往医院，在上救护车那一刻也没能说出真相。杰克被折磨得死去活来，还好他命大，最终想办法逃脱了，而另一边的凯特就没那么幸运了，他们的芯片被一群无赖抢了，凯特答应带他们回家用现金交换芯片。幸好杰克及时赶到，他们能不能拿回芯片呢？

杰克去找到了修改录音的人艾力克，但还发现了另一个人帕莫尔总统的前妻雪莉，他们现在只有联手才能把证据送回去，雪莉要求要有赦免权。帕莫尔总统被软禁，并被要求交出手上的电子卡，情况十分不乐观。ctu的现任负责人托尼因为继续帮助杰克而被调职，为了能继续帮助杰克，他和米雪儿配合，迷晕了总负责人查菲尔，向杰克派了直升飞机。 但这时艾力克开始不相信杰克，他捅了雪莉一刀，从后门逃跑了。

艾力克在逃跑过程中，摔下了楼，性命危在旦夕，但托尼他们派出的直升机在快要降落时被叫回，原来总部的人找到了被迷晕的查菲尔，看来托尼和米雪儿有麻烦了。因为直升机无法准时到达,重要证人艾力克因抢救不及时死亡。托尼和米雪儿被拘留了，杰克失去重要证人，只有另想办法，他让雪莉联系金斯利(石油大亨,与核弹有关的主使人之一)，金斯利并不相信他们，并想派杀手杀死他们，但巧的是，在路上时，杰克因心脏受不了，开着汽车冲下一处坡路。

杰克与雪莉截停一辆车并赶往会面地点——体育馆。经过调查金斯利的背景，总统府总部的人也开始相信杰克之前的推测，所以ctu又开始全力支持杰克，托尼和米雪儿也被释放了。他们正在派后援部队支援杰克。雪莉与金斯利会面，并产生正面冲突，杰克与金斯利的人开打，斗争激烈。正当杰克心脏受不了的时候，救援队赶到，一切真相大白。但总统这里的状况是：还有三分钟飞机就要发射并开始攻打中东国家了，临时的总统也在证据充足的情况下，取消了攻击。帕默尔总统终于得以复职。但一切还没完，竟然有人要暗杀总统。