サンタクラリタで列車の爆破事件が発生。混乱に乗じて乗客のブリーフケースが何者かに奪われる。CTUではトルコの大物テロリストがこの事件に関わっているとみて捜査を続けていた。

ジャックの警告も虚しく、ヘラー長官と娘のオードリーはテログループに拉致されてしまった！　ジャックはCTUの現チーフ・ドリスコルに、長官救出まで暫定的に現場に戻りたいと掛け合うが拒否される。

クロエの友人アンドリューはネット攻撃を見つけたためにテロリストに誘拐されてしまう。いち早く事態を察知したジャックは犯人を追跡するが、現場を仕切られたくないドリスコルはすぐに犯人拘束を命令する。

テロリストに拘束されているヘラー長官とオードリーは、刻々と迫る“公開裁判”を前に脱走を企てるが失敗する。CTUでは独断で行動するジャックの行方を追っていたが、クロエが密かに協力していたことが発覚し彼女は拘留される。

地元警察やCTUと連携したジャックは、あと一歩でアジトというところまで迫るが、尾行されていることに気づかれ手がかりを失う。“公開裁判”が直前に迫ったためCTUは付近への海兵隊派遣を要請するが、突入の準備中に大統領から中止命令が。

テロリストグループによるヘラー長官を被告とする“公開裁判”が始まった。大統領はミサイル攻撃を許可するが、ジャックは退避命令を拒否し単身アジトに潜入、処刑寸前にヘラー長官とオードリーを救出する。

CTUではメルトダウンを防ぐため原発のシステムを停止する方法を探すが、6箇所の原発だけは制御がきかなかった。このままでは3時間で炉心融解が始まってしまう。

オーバーライドにのっとられたままの6基の原発は依然制御がきかず、大統領は6都市に非難命令を出す。警備会社でテロリスト一味に襲われたジャックたちを救ったのはトニーだった。

ディナがCTUに協力をしようとした矢先、ナビは息子のベルースを人質にとって立てこもる。息子さえ生かしておけば、妻が裏切ることはないと考えたのだ。ジャックはディナに協力させるため息子の救出に向かうが、ジャックが拘束する直前にナビは息子ベルースに撃たれ息絶える。

オードリーの夫ポールがテロ計画に使われたビルのオーナーであることが発覚。ジャックはポールを尋問し、ハリス・バーンズという名を聞きだす。CTUで調べるとそれは偽名で、本名はマルワンという男であることが判明する。

メルトダウンの回避に成功したCTUは、ビルから逃走したマルワンの行方を全力で追っていた。だが娘を失ったドリスコルは集中力を欠き、代理としてトニーが暫定的にCTU支部長に任命される。

パルス爆弾により半径13キロ域の電子機器が全滅した。そんな中、支部長代理として本部からやって来たのはミシェル・デスラーだった。ミシェルは初めトニーの能力を疑うものの、次第に信頼を取り戻していく。

マルワンが次のテロを計画していることは明白であった。CTUではジャックが入手した暗号文書の解読に成功、ジョセフ・ファイエドという大学助教授の名を掴む。ジャックはファイエドを通してマルワンの居所を探るため、非常に危険なシナリオを書き上げる。

CTUはディナの死体が入った車を発見、マルワンに身柄を拘束されたと見られるジャックの捜索に総力を挙げる。一方、マルワンの手下によって殺害された空軍パイロット一家の親戚が、警察に捜索願を出した。

ジャックが拘束中に残した手掛かりによりマルワンの隠れ家が判明した。CTUは奇襲攻撃を仕掛けるが、直前に気付いたマルワンは証拠となるデータを爆破し、逃亡する。

ステルス戦闘機の爆撃により、エアフォース・ワンは墜落した。ジャックは国防長官の命令を受け、エアフォース・ワンから砂漠地帯へと落下した“核のフットボール”の回収に急行する。

全米にある核爆弾の所在地と起爆コードがマルワンの手元に渡った。ジャックは数千ある核弾頭の多くが輸送中であることを突き止め、CTUでは全力を挙げて輸送中の兵器の安否を確認する。

大統領の許可を待たずプラドを拷問したジャックは、マルワンの居場所を吐かせる事に成功する。だが、事を知った大統領は激怒し、ジャックを早急に逮捕するようシークレットサービスに命令を下す。

中国の核開発に携わっていた男リー・ヨンがテロに関与しているらしい。ジャックは中国総領事館に逃げ込んだリーの拘束に向かう。一方パーマーは、マルワンが夜明け前にも核爆発を起こそうと計画している事を察知、領事館の許可を待っていては手遅れになると、ジャックに極秘作戦を命ずる。

ジャックが指揮した秘密工作の際、中国側の誤射により中国総領事が死亡した。リー拘束にCTUが関与していた証拠を掴んだ総領事館は、ジャックが作戦を率いていたと睨み、ジャックの身辺調査を開始する。

発射されたミサイルは追跡不可能なステルスタイプであった。米国全土が射程距離に入っており、いつどこで爆発してもおかしくない。ジャックは着弾点を特定するには、マルワンの口を割らせるしかないと判断、CTUへ移送して尋問しようとする。

マルワンの仲間と思われる女はトニーを拉致して逃走。女はマンディだった。マンディはミシェルに電話し、CTUの人間をアパートから遠ざけるよう要求。そして、誰かに言えばトニーを殺す、と脅迫する。

ジャックとカーティスはマンディを捕まえ、トニーも無事だった。ジャックは大統領の免責状と引き替えに、マンディからマルワンの居場所を聞きだし、ヘリで現場に急行。