미국 주요 도시에서 연쇄 폭탄 테러가 발생하고 시민들은 불안에 떤다. 현 대통령인 웨인 파머는 테러의 배후인 아사드를 잡기 위해 중국과 협상해 잭 바우어를 데려온다. 빌 뷰캐넌은 처참한 몰골로 나타난 잭에게, 눈물을 참으며 또 다른 희생을 요구한다. 아사드의 측근인 파예드가 아사드의 위치를 말하는 대가로 잭을 요구한 것. 잭은 명분 있는 죽음을 택하겠다며 요구를 받아들인다.클로이는 이 사실을 알고 모리스와 함께 위성으로 잭을 추적하다가 결국 들킨다. 잭을 넘겨받은 파예드는 테러의 배후는 아사드가 아니라고 털어놓는데...

파예드에게서 탈출한 잭은 CTU와 백악관에 전화를 걸어 테러의 배후는 아사드가 아니라

파예드라고 밝히지만, 파머 대통령은 아사드에 대한 공습을 명령한다. 잭은 할 수 없이 공습 직전 아사드를 구출하러 들어간다. 아메드는 파예드에게 전화를 받고 물건을 찾으러 집에 갔다가 이웃집 남자를 총으로 쏘는데, 스캇이 이 장면을 목격한다.

잭과 아사드는 파예드의 부하가 폭탄 조끼를 입은 채 지하철역으로 들어가는 걸 목격하고

이들을 추격하는데...

파예드는 팜데일 감옥에 갇힌 테러범들을 석방하지 않으면 추가 테러를 저지르겠다고 협박한다. 잭과 아사드는 CTU의 지원을 받으며 파예드의 부하를 쫓아간다. 아메드는 스캇의 가족을 인질로 잡고 레이를 시켜 물건을 받아 오게 한다. 파예드의 부하가 자살하자 파머 대통령은 결국 죄수들을 비행기에 태우라고 명령한다. 파예드의 부하가 쓰던 컴퓨터 하드드라이브에서 핵무기의 도면이 발견되고, 잭은 이제까지 있었던 모든 폭탄 테러가 바로 핵무기 때문이었음을 알게 되는데...

레이는 배달할 전자 부품을 협상 카드로 이용해서 아메드에게 가족을 풀어 주라고 말하지만 아메드는 레이의 아내만 풀어 준다.

클로이는 모리스와 마일로의 다툼을 중재하고, 왈리드는 구류 센터에서 수용자들의 대화를 엿들어 CTU에 전달해 준다.

웨인은 아사드에게 전면적인 사면을 내려 주는데 그 사실을 안 커티스는 분노를 감추지 못한다.

잭은 질리언이 알려 준 정보에 의거해 단서를 따라가지만, 파예드가 치명적인 테러 공격을 감행하는 걸 막는 데는 한 발 늦고 만다.

캘리포니아 주, 발렌시아에 핵폭탄이 떨어지고 나라는 초비상사태에 빠진다. 대통령과 장관들은 백악관 벙커로 피신해 대책 회의를 열고, CTU는 아사드를 데려와 파예드에 대한 정보를 캐려 애쓴다.

한편, 아수라장이 된 거리에서 잭은 핵폭탄이 터진 사실을 알고 뷰캐넌에게 복귀를 희망한다. 파예드가 전에 핵무기 거래 일로 러시아 장군 그레덴코와 접촉했고, 그레덴코가 또한 잭의 아버지 필립과도 거래를 했다는 사실이 알려져 잭은 아버지와 형을 9년 만에 수소문한다. 하지만 형과의 통화에서 아버지가 그 전날부터 행방이 묘연하다는 소식을 듣게 되는데...

레녹스는 사사건건 자신을 방해하는 캐런을 제거하기 위해 만반의 준비를 한다. 드디어 증언을 할 사람들까지 확보가 되자 캐런을 협박하고, 불법적인 일이 아니었음에도 자신과 뷰캐넌의 꼼짝 못할 궁지에 몰린 것을 간파한 캐런은 사임장을 제출한다. 한편, 잭은 그레이엄을 고문한 끝에 아버지가 매카시의 사무실로 갔다는 걸 알아내고 시미 밸리로 향한다. 잭은 그곳에서 아버지 필립과 마주치고, 더 큰 희생을 막기 위해 CTU에 모든 정보를 알리려 한다. 그레이엄은 필립과 잭 모두를 총으로 위협해 끌고 나가는데...

그레이엄이 테러범의 활동에 관여한 사실이 드러나자 잭 가족의 신뢰는 깨질 위기에 처한다. 파머 대통령은 레녹스가 제안한 강경책을 논의하기 위해 내각 회의를 소집한다. 요원들은 매카시가 파예드에게 새로운 엔지니어를 넘겨주기로 한 사실을 알고, 모리스로 하여금 엔지니어의 사진 파일을 복구하게 한다. 모리스는 동생의 심각한 부상 소식을 접하고 작업을 끝내자마자 병원으로 향한다. 그러나 매카시의 함정이었음이 밝혀지고, 모리스는 매카시에게 납치된다. 한편 그레이엄이 심한 고문을 당하고 파머 전 대통령의 암살을 자백하자, 아버지 필립은 위기감을 느끼는데...

모리스를 납치해 파예드에게 넘기려는 매카시를 잡기 위해 치열한 수색전이 펼쳐진다. 그러나 미처 파예드를 만나기도 전에 매카시는 7백만 달러를 가로채려는 자신의 여자 친구한테 살해당한다. 모리스를 넘기고 돈을 독차지하려던 리타마저 파예드에게 살해당하고, 고문을 견디다 못한 모리스는 결국 파예드가 원하는 대로 폭탄을 작동시킬 재프로그래밍 장비를 만들어 준다. 테러범의 은신처를 찾아낸 잭과 작전 팀은 모리스를 구하는 데는 성공하지만 결국 또 다시 파예드를 놓치고 만다. 한편, 미국 내 이슬람 공동체의 힘을 빌려 파예드를 잡아 보려는 대통령의 정책을 못마땅하게 여기던 레녹스는 결국 사임할 결심을 한다. 그러나 그에게 접근한 리드는 부통령을 위시한 세력이 무언가 음모를 꾸미고 있음을 암시하고...

모리스는 파예드에게 핵무기를 장착해 준 것에 대해 죄책감으로 괴로워한다.

CTU는 파예드가 전 소련 장성 그레덴코의 도움을 받아 핵무기를 입수한 사실을 포착하고,

LA에 와 있는 그레덴코를 찾기 위해 총력을 다한다. 매릴린은 그레이엄이 러시아인과 얘기한 기억을 떠올리고, 잭과 함께 그 집을 찾아 나선다. 리드는 레녹스를 종용해 파머 대통령의 일정을 빼내라고 요구한다. 필립은 매릴린에게 전화를 걸어, 잭을 다른 주소로 데려가지 않으면 조시를 해치겠다고 협박하는데...

매릴린이 말한 장소에서 기습당한 잭은 매릴린을 다그치고, 그레덴코가 아닌 아버지가 꾸민 짓임을 알게 된다. 매릴린은 잭이 시키는 대로, 조시를 보기 전까진 그레덴코의 위치를 말하지 않겠다고 하고, 필립은 드디어 자기의 위치를 말해 준다. 톰은 파머 대통령이 여전히 자기를 신임하는 걸 알고 암살 계획을 중단시키려다 리드에게 공격을 당한다. 모리스는 자책감을 이기지 못하고 3년 만에 술을 마시고, 옆에서 지켜보는 클로이는 불안하기만 하다. 잭은 필립이 조시를 놔주는 대가로, 총 없이 홀로 들어가 아버지와 마지막 대화를 하는데...

가택 연금 중인 로건은 러시아 총영사인 마르코프가 그레덴코의 연락책이며, 자기가 직접 그와 만나 그레덴코의 행방을 찾겠다고 잭에게 제안한다. 파머는 어쩔 수 없이 로건의 임시 방면을 허락한다. 리드의 도움으로 벙커에 들어온 카슨은 레녹스가 보는 앞에서 폭탄을 조립한다. 마침내 아사드의 연설 시간이 다가오고, 리드는 연단에 폭탄을 심어 두고 유유히 빠져나오는데...

캘리포니아 참사를 일으킨 테러범 파예드와 러시아인 그레덴코와의 관련성을 알게 된 잭은 그레덴코의 소재를 찾기 위해 동분서주한다. 가택 연금 중이던 로건 전 대통령을 통해 LA 러시아 주재 총영사 마르코프가 그레덴코와 절친한 사이라는 것을 알게 된 잭은 러시아 영사관으로 숨어들어 마르코프를 인질로 잡는다. 한편, 파머 대통령이 부상으로 의식을 잃은 사이 다니엘스 부통령이 대통령 직무를 수행하게 된다. 레녹스의 강경한 테러 대응책을 지지했던 그는 기회를 놓치지 않고 대국민 연설을 통해 새로운 정책 추진을 약속하는데...

잭은 러시아 영사관에서 빠져나오지 못하고 숨어 있고, 뷰캐넌은 새로운 요원 마이크 도일을 데려와서 러시아 영사관을 공격하여 마르코프를 생포할 계획을 세운다. 그레덴코는 새로운 핵무기 발사를 준비한다. 한편 다니엘스 부통령은 중동 국가의 대사를 불러, 테러범 소탕을 돕지 않으면 항공모함으로 공격하겠다고 위협한다. 로건 전 대통령은 전부인 마사에게, 러시아 영부인에게 전화하여 대통령으로 하여금 마르코프 영사를 설득하게 해 달라고 부탁한다. 그런데 분노에 찬 마사가 칼을 휘둘러, 로건은 중태에 빠진다.

러시아 영사관에서 구출된 잭 바우어는 파예드와 그레덴코가 섀도밸리에 있다고 알린다. 그러나 그레덴코는 이미 섀도밸리에서 비행체 한 대에 핵폭탄을 적재해 발진시키고 탈출한다. 인공위성으로 비행체의 위치를 추적하던 CTU는 갑자기 비행체가 사라지자 원인을 찾던 중 나디아의 자리에서 위성 데이터가 비행체로 중계되고 있음을 알아낸다.

한편, 부통령은 미국 땅에서 또 다시 핵폭탄이 터질 경우 똑같은 군사적 대응을 할 거라고 경고하는데...

캐런은 부통령의 공격 계획을 막기 위해 샌드라를 설득하여 웨인을 깨우게 한다. 한편 도일은 나디아의 결백을 증명할 증거를 발견하지만, 그 진위를 파악하는 동안 마일로부터 은폐하려 했다는 비난을 듣는다. 잭은 그레덴코에게 보안 스펙을 넘겨준 하우저 형제를 만나, 그레덴코를 생포하는 데 성공한다.

부통령은 중동 폭격 공격을 진행하지만, 막판에 뜻밖의 중지 명령을 받는데...

부통령의 주장에 따라 대통령 직권 유지에 대한 내각 투표가 진행되고, 7 대 7 동표가 나오자, 부통령은 캐런의 표가 무효라고 주장한다.

대법원에 최종 판결을 맡기는 동안, 잭은 드미트리가 요구한 사면서를 전달하고, 파예드에게 전화를 걸어 약속을 잡게 한다.

파머는 의사의 경고에도 불구하고 또다시 아드레날린 주사를 맞는데...

톰과 캐런의 반대에도 불구하고 파머 대통령은 미사일 발사를 명령한다.

대사는 황급히 전화를 걸어 하비브 장군에 대한 정보를 제공한다. 파머는 그제서야 미사일 공격을 취소하고, 대사의 협조를 이끌어내기 위한 속임수였음을 모두들 알게 된다.

파예드가 입을 열 기미를 안 보이자, 잭은 다른 작전을 생각해 낸다. 파예드를 CTU로 이송하는 동안, 갑자기 하비브의 부하들이 나타나 파예드를 구출하는데...

쳉은 잭에게 오드리를 풀어 주는 대가로 러시아의 핵폭탄에 든 회로 기판을 가져오라고 요구한다.

회로 기판이 있으면 중국이 러시아의 군사 기밀을 빼낼 수 있기 때문. 잭은 오드리를 구하기 위해 대통령을 설득하고 절대로 부품을 중국에 넘기지 않겠다고 약속한다.

웨인은 잭의 공로를 인정해 어렵게 허락하지만, 기자 회견을 하다가 갑자기 쓰러지고 만다.

오드리는 중국에서 받은 충격으로 입을 안 열고, 잭이 먼저 얘기해 보겠다고 부탁하지만 아무도 듣지 않는다.

CTU 본부에서 온 정신과 의사가 약물 치료로 그녀의 입을 열려고 하자 도일이 말린다.

한편 중국이 부품을 가져간 사실을 러시아가 알게 되고, 러시아 대통령은 부품을 되찾지 못할 경우 군사적으로 대응하겠다고 위협한다.

톰이 조사한 결과 리사 밀러가 로비스트인 비숍과 깊은 사이임이 드러나고, 다니엘스는 충격에 빠지는데...

톰은 리사를 시켜, 미국이 부품을 회수한 것처럼 비숍이 믿게 하도록 지시한다.

리사는 긴장한 상태로 비숍을 만나지만 비숍은 좀처럼 그녀를 놔주지 않는다.

한편 오드리가 말한 블룸필드 공장으로 현장 팀이 출동하지만 쳉은 이미 도망친 상태. 이때 CTU의 통신망이 갑자기 불통되고, 쳉의 부하들이 CTU를 장악한다.

갑작스런 기습에 CTU는 속수무책이고, 마일로는 나디아를 구하려고 나섰다가 희생되는데...

잭은 CTU를 장악하고 직원들을 인질로 잡은 쳉의 부하들로부터 사람들을 구하려고 안간힘을 쓴다. 회로 기판을 고쳐 주는 대가로 조시를 필립에게 넘기려 하는 쳉을 막고 조시를 구하는 데 성공하지만, 쳉은 놓치고 만다.

레녹스는 리사와 비숍을 감시하면서 비숍이 러시아에 가짜 이메일을 전송하기를 기다리는데, 상황이 계획과 정반대로 전개되면서 리사가 부상을 당한다.

다니엘스는 러시아 대통령을 속이려 하지만 비숍의 아파트를 감시하고 있던 러시아측은 이미 미국 정부의 술수를 알고 있다.

부통령은 필립 바우어의 제안에 따라 조시와 회로 기판을 교환하기로 하고, 잭 바우어를 임시로 구금할 것을 명령한다.

잭은 캐런 헤이즈에게 연락해 아버지는 조시와 회로 기판을 둘 다 차지하려는 속셈이라며 그를 믿지 말라고 경고한다. 캐런은 고심 끝에 잭을 지원하기로 마음 먹고, 빌에게 연락을 취한다.

한편, 필립은 잭의 예상대로 가짜 회로 기판을 준비해 도일을 공격하고 조시를 빼내는 데 성공하는데...

CTU는 필립이 숨은 장소를 알아내고 다니엘스는 러시아를 진정시키려는 절박함에 공습을 명령한다. 잭과 빌은 전투기가 표적을 맞히기 전에 단둘이 조시를 구하러 간다.

레녹스는 다니엘스에게 빌과 캐런을 사면해 주라고 설득한다.

클로이는 모리스에게 놀라운 소식을 전해 주고, 매릴린은 CTU에서 조시와 상봉한다.