Sydney, Vaughn, Jack en Dixon zijn verbaasd als CIA-directeur Hayden Chase hun nieuwe baas wordt. Een mogelijke verzoening tussen Sydney en Vaughn staat op losse schroeven en Sydney hoort een vreselijk geheim over Jake dat hun relatie kapot kan maken. Ondanks Sydneys bezwaren moet ze van haar nieuwe baas samen met Jack achter een moderne samoerai aan. Sydneys halfzus Nadia aarzelt om terug te keren in de spionagewereld als ze de waarheid hoort over haar vader. Vaughn en Jack zijn verenigd door de vreselijke misstap uit Jacks verleden, dit tot ongenoegen van Sydney.

Deel twee van de openingsaflevering van seizoen vier. Sydney, Vaughn, Jack en Dixon zijn verbaasd als CIA-directeur Hayden Chase hun nieuwe baas wordt. Een mogelijke verzoening tussen Sydney en Vaughn staat op losse schroeven en Sydney hoort een vreselijk geheim over Jake dat hun relatie kapot kan maken. Ondanks Sydneys bezwaren moet ze van haar nieuwe baas samen met Jack achter een moderne samoerai aan.

Sloane vertelt dat Valta, een revolutionaire computer voor het verkrijgen van informatie van satellietnetwerken, tien dagen eerder uit NSA-hoofdkwartier is gestolen door Martin Bishop, in opdracht van een Duitse terrorristische groepering. Om de locatie van de NSA-codebreker te traceren, gaat Sydney undercover om een gevaarlijke wapenhandelaar in te palmen. Vaughn is bang dat Weiss is omgekomen tijdens een missie. Sydney en Jack zijn het niet eens of ze Nadia de vreselijke waarheid over haar moeder Irina moeten vertellen.

Sydney gaat undercover als een uitgesproken maatschappenlijk werkster en Vaughn als een wellustige, halfdronken geestelijke, om een dodelijk nieuw biologisch wapen op te sporen. Sydney is bang als Vaughn worstelt met zijn innerlijke demonen over zijn overleden vrouw Lauren. Nadia wendt zich tot een onwillige Jack om meer te weten te komen over haar moeder Irina.

Sydney en Vaughn doen zich voor als een getrouwd stel in een buitenwijk om een wapen te vinden waardoor de maatschappij terug in de middeleeuwen zou kunnen belanden. Al snel ontdekken ze dat het 'huwelijk' spanningen in hun relatie oplevert en dat de pittoreske buurt waarin ze geïnfiltreerd zijn lang niet zo onschuldig is als hij lijkt, en niet in Amerika ligt.

Sydney raakt geïnfecteerd met een potentieel dodelijk hallucinogeen, waardoor ze langzaam het contact kwijtraakt met de werkelijkheid. Vaughn en Jack moeten zich haasten om een tegengif te vinden voordat Sydneys hallucinaties, paranoia en daardoor gewelddadige gedrag haar leven en dat van degenen om haar heen bedreigen.

Sydney en Nadia hebben ruzie over Nadia's aanvaarding van de vaderlijke zorgen van Sloane. Sloane maakt zich zorgen over het welzijn van Nadia als zij en Sydney undercover gaan als rijke, onverantwoordelijke erfgenames om een dodelijke chemische stof te vinden.

Nadia's leven staat op het spel en Sydney moet snel haar vroegere tegenstander Anna Espinosa tegen zien te houden. Intussen krijgt Vaughn te maken met zijn eigen innerlijke demonen als hij Sydney wil helpen om Nadia te redden en het hoofd moet bieden aan zijn eigen oude tegenstander, de onbetrouwbare en dodelijke Mr Sark.

Sark stemt erin toe Sydney en Vaughn te helpen om Anna Espinosa op te sporen, maar pas nadat Vaughn een verachtelijk verzoek van Sark wil inwilligen met betrekking tot Laurens begraven lichaam. Intussen overweegt Jack Nadia's leven op het spel te zetten door haar voortijdig op te wekken uit een coma om belangrijke informatie over de verblijfplaats van Anna uit haar te krijgen.

Sydneys theorie dat Sloane de Alliantie probeert te hervormen, bedreigt haar relatie met Nadia, die weigert te geloven dat haar vader dubbel spel speelt met de CIA. Intussen krijgt Vaughn de eerste van mogelijk veel schokkende geheimen over zijn vader te horen. We zien Angela Bassett in een gastrol als CIA-directeur Hayden Chase.

Op een missie in Duitsland brengt Sydney per ongeluk het leven van een Amerikaanse burger in gevaar en moet ze alles doen wat in haar macht ligt om hem te beschermen. Intussen wil Jack een dodelijk bezoek afleggen bij een oude vriend, en Vaughn onthult nog meer onrustbarende geheimen over zijn vader.

Als Nadia niets vertelt over haar foute verleden met een man die nu het onderwerp is van een missie van de geheime dienst, brengt ze haar eigen leven en dat van Sydney en Weiss in groot gevaar. Intussen ontdekt Vaughn iemand die banden heeft met zowel zijn vader als Nadia. We zien Sonia Braga in een gastol als Sophia Vargas.

Sydneys leven hangt aan een zijden draadje als een missie mislukt - en Marshall is verrassend genoeg de enige die haar kan redden. Intussen wordt Dixon ontmaskerd als er een dodelijke ziekteverwekker wordt losgelaten in APO.

Sydney en Vaughn wagen hun leven en loopbaan op zoek naar de waarheid over Vaughns vermoedelijk overleden vader. Intussen is het niet duidelijk waarom Jack en Sloane lijken samen te spannen tegen Sydney en Vaughn. Jack staat voor een potentieel dodelijke keuze die voor altijd zijn leven en dat van Sydney zal veranderen.

Sydney krijgt vreselijk nieuws te horen van haar tante, Katya Derevko, over de dood van haar moeder Irina. Intussen opereert Vaughn eigenhandig door een apparaat te stelen waarmee hij wil onderhandelen om de waarheid over zijn vader boven water te krijgen. Marshall zet vraagtekens bij Jacks gezondheid. Joel Grey verschijnt in een gastrol.

In Polen ontvoeren zogenaamde luchthavenbeveiligers professor Sinclair, een atoomgeleerde. Ze komt bij in een donkere kamer en wordt begroet door een man die zich uitgeeft voor Arvin Sloane. Sydney moet een pact sluiten met Sloane om de oplichter terug te pakken. Maar als ze ontdekken waar de bedrieger op uit is, vreest Nadia dat haar vader in de verleiding zal komen om een vroegere obsessie te herontdekken.

Het APO-team bekijkt beelden van een explosie in de Indonesische ambassade te Kopenhagen waarbij 15 mensen omkomen, het werk van een terreurgroep onder leiding van Milos Kradic. Sloane zegt dat een agent, Thomas Raimes, undercover is bij de groepering. Sydney en Nadia ontdekken tot hun schrik dat Sophia - het hoofd van het weeshuis waar Nadia als kind zat - zwaar mishandeld is. Maar Sloane vreest voor Nadia's leven als hij achter de reden hiervoor komt. Intussen staat Dixon bij een missie met Vaughn voor een belangrijk moreel dilemma. Jacks arts geeft zijn zieke patiënt raad.

Sydney vertelt Vaughn dat ze haar vader al twee dagen niet heeft gezien. In zijn appartement vinden ze een notitieboekje met aantekeningen over Jacks vitale functies. Sydney is geschokt als ze ontdekt dat Jack terminaal ziek is, maar dat niet heeft verteld. Intussen verblijft het hoofd van Nadia's weeshuis nog steeds in Sydneys appartement om te herstellen. We zien Michael McKean in een gastrol als Jacks dokter.

De mysterieuze man die zich uitgeeft voor Sloane duikt weer op en deze keer zit hij op het spoor van Rambaldi. Intussen komen er schokkende dingen over de echte Sloane aan het licht, waardoor iedereen aan zijn intenties gaat twijfelen. We zien Amy Irving in een gastrol als Emily Sloane.

Nadat de waarheid over Sophia, die Nadia heeft grootgebracht, boven tafel is gekomen, gaat APO naarstig naar haar op zoek. Het leven van een agent staat op het spel. Sydney en Nadia vragen zich af of Sloane wel te vertrouwen is nu zijn obsessie voor Rambaldi weer is opgevlamd. Jack heeft een verontrustende ontmoeting met Katya Derevko en Vaughn stelt Jack een verrassende en belangrijke vraag. Een gastrol is weggelegd voor Angela Bassett als Hayden Chase.

Een reusachtige versie van het Circumferentie/Mueller-instrument zweeft boven een Russische stad, wat de inwoners tot waanzin drijft. Als Sydney, Jack en Nadia ontdekken dat Irina Derevko nog leeft, gaan ze naar haar op zoek om het dodelijke Rambaldi-eindspel van Elena Derevko te dwarsbomen. Ondertussen is Dixon er steeds slechter aan toe. Angela Bassett is te zien in een gastrol als Hayden Chase.

Alleen Sydney, Jack, Irina, Vaughn en Nadia kunnen de wereld nog behoeden voor de rampzalige gevolgen van het Rambaldi-eindspel dat door Elena Derevko in gang is gezet. De werkelijkheid benadert de Rambaldi-profetie over Sydney en Nadia steeds meer. Het wordt duidelijk bij wie Sloane's loyaliteit werkelijk ligt. Vaughn stelt Sydney een belangrijke vraag.