Eureka városát egy szuper-intelligens, repülő robot fenyegeti, amely egy sikertelen rakétaellenes-elhárító teszt során "szökött meg". Ezalatt Eva Thorne érkezik a városba, hogy értékelje a Global Dynamics kiadásait, ráadásul kíméletlenül le akar faragni a cég költségvetéséből.

Carter, Allison és a seriff, egy tudós rejtélyes körülmények közötti eltűnését vizsgálják egy, a város alatt létrehozott hatalmas, mesterséges bioszférából. Eva Throne eközben megpróbálja jövedelmezőbbé tenni Eureka vállalkozásait...

A városban több bionikus kutya is meghibásodik. Később aztán Carter egy olyan földrengést észlel, amelyet senki más nem. Kiderül, hogy a város alatt egy hatalmas magmakamra képződött, amely bármikor felrobbanhat...

Allison és Stark esküvőjének napján Carter egy időhurokban ragad. Újra és újra átéli ugyanazt a napot, amíg rá nem jön, hogy ki a felelős mindezért. Egy, a Global-nál dolgozó férfi, akit éppen aznap rúgnak ki, így próbál időt nyerni magának. Ám ezzel az egész Univerzumot is megsemmisítheti...

Egy egyiptomi, 3000 éve sértetlen sírt készülnek feltárni a Glabal Dynamics-ban. Igaz, hogy egy férfi óvatosságra int, mert állítólag a sír bejáratán egy átok jelei mutatkoznak, de ez senkit sem riaszt vissza. Nem sokkal a feltárás után azonban furcsa dolgok történnek. Fargo is lát valamit, majd egy másik ember meg is sérül...

Egy rejtélyes szuperhős próbál Eureka bajba jutott lakóin segíteni, azonban több-kevesebb sikerrel. Mindenesetre a seriff kocsiját kétszer is tönkre teszi nagy igyekezetében. Eközben pedig Zoe csapdába esik egy földalatti komplexum egyik termében...

Eureka-ban egy második nap kel fel reggel. Kiderül, hogy Zoe egyik iskolatársának kísérlete ez, amelyik balul sült el. Eközben a seriff és Allison rájönnek, hogy Throne valamit titkol. Találnak ugyanis egy helységet, amelyben egy napja még halottak feküdtek. Eközben a második nap ahelyett, hogy kiégne, vörös óriássá kezd válni, és veszélybe kerül az egész város...

Carter a belügyben próbál elhelyezkedni. Eközben egy új seriff érkezik a városba, egy robot, aki azonban senkinek sem szimpatikus. Andy-re ráadásul rájár a rúd, mert rövid idő alatt többször is összelapítja valami...

Carter-nek részt kell vennie egy vizsgálaton, hogy eldöntsék: továbbra is alkalmas-e arra, hogy ellássa a feladatát Eureka-ban. Amíg ő a többnapos teszten vesz részt, helyét Jo veszi át, azonban amikor egy DNS-t vizsgáló gép tesztelése közben megsérül, furcsa dolgokat kezd el csinálni. Majd, ami még ennél is furcsább: nem emlékszik semmire...

A Global Dynamics egyik tudósa úgy tűnik, hogy megőrült: azt állítja ugyanis, hogy a szellemek kommunikálni akarnak vele a túlvilágról. Bár senki sem hiszi el, amit mond, de az tény, hogy valóban igen szokatlan dolgok kezdenek történni a városban. Tárgyak repkednek, hangok hallatszódnak, egyszóval minden kísértetjárásnak tűnik. Carter közben megtudja, hogy nemrég újraindították a Global egyik lezárt részlegét...

Az 51-es körzet bowling-csapata Eureka-ba érkezik, hogy mérkőzést játsszon a helyi csapattal, de játék közben egyre több ártatlannak tűnő csínyt követ el mindkét társaság. Ennek pedig az lesz a következménye, hogy az egyik tudós laborjából elszabadul egy "Folt" nevű élőlény, amely sugárzásra éhezik és, ha nem talál megfelelő mértékű radioaktív sugárzást, az emberek is megteszik számára...

Euréka-ban bevezetnek egy új rendszert, amelynek következtében az autókat már vezetni sem kell, mert maguktól elviszik az embereket a kívánt helyre a városon belül. Ezzel egyidőben azonban átlagos tárgyak kezdenek eltűnni mindenhonnan, míg a város szélén lévő mezőn furcsa szerkezeteket fedeznek fel. Lehet, hogy mindennek köze van ahhoz a rejtélyes dologhoz, amely közelít az űrből?

Az űrhajóról kiderül, hogy húsz évvel ezelőtt Henry egyik kutatásának az eredményeként indult el a világűrbe, ám valahogy elveszítették vele a kapcsolatot. Most azonban mindenki meglepetésére sértetlenül visszatért és még mielőtt az emberek felocsúdnának, kinyílik az ajtaja és nem más jelenik meg, mint egy két éve már halott Global alkalmazott.

Jack-nek egy furcsa esetet kell kivizsgálnia. Az egyik tudóst a saját autójában találják meg holtan, ám a kocsi belsejében a plafonig áll a víz. Eközben Jack maga is furcsa tüneteket kezd produkálni, ráadásul egyre közelebbi kapcsolat fűzi Tess-hez.

Eureka legtöbb lakója kap egy emlékmegőrző gömböt, amely azonban egy véletlen hiba folytán elkezdi kitörölni az emlékeket használójuk agyából. Carter és Allison véletlenül a Global Dynamics-ban maradnak, ahol azonban rövid időn belül egy tisztító folyamat indul meg. A gond csak az, hogy senki sem emlékszik rájuk, de még arra sem, hogy mi az a Global...

Eureka-ba egy hatalmas jégmagot szállítanak, amely több százezer évnyi információt hordozhat magában. A jég azonban elkezd terjedni, mintha élne, s lassan beborít mindent és még az emberekre is veszélyes lehet. Ráadásul amennyiben nem találnak ki valamit a megfékezésére, hamarosan eljön az új jégkorszak...

A harmadik szezon utolsó részében Tess Ausztráliából kap állásajánlatot. Zoe készen áll arra, hogy elhagyja a Harvardot. Carternek pedig az Eureka feletti mágneses zavarral kell megküzdenie.