Zum Anlass des 60. Gründertags von Eureka ist eine große Party geplant. Für Jack (Colin Ferguson) und seine Freunde verläuft der Tag jedoch völlig anders als erwartet: Auf mysteriöse Weise verschlägt es sie ins Gründerjahr 1947. Dort ist das zukünftige Eureka nur eine kleine Militärbasis, auf der aber bereits die größten Wissenschaftler der damaligen Zeit versammelt sind. Die Zeitreisenden haben die einmalige Möglichkeit, Mitgründer Trevor Grant (James Callis) zu treffen. Doch kann dieser ihnen auch helfen, wieder zurück in die Gegenwart zu kommen?

Jack Carter (Colin Ferguson) und seine Freunde sind wieder zurück von ihrer Zeitreise. Allerdings ist in der Gegenwart nicht mehr alles so, wie es vorher war. Trotz diverser Herausforderungen versuchen die Zeitgereisten sich in der Parallelgegenwart zurechtzufinden. Denn auch im ‚neuen‘ Eureka haben sie mit großen Problemen zu kämpfen. Henry (Joe Morton) sucht fieberhaft nach einem Weg, wie sie wieder in die richtige Realität gelangen können. Doch was, wenn dies nicht gelingt?

Noch immer befinden sich Carter, Allison und die anderen in einer zweiten Zeitlinie, und keiner hat eine Idee, wie sie wieder in die wahre Zeit zurückkehren könnten. Zane und Dr. Parrish arbeiten im Labor an nicht-tödlichen Waffen, sogenannten „NITWAFs“, die bei Demonstrationen und Aufständen eingesetzt werden sollen. Bei einer Vorführung eines solchen Gerätes passiert jedoch ein Fehler, sodass die Wut nicht gehemmt, sondern gesteigert wird. Bei G.D. kommt es zu einer Revolution.

In Eureka findet die alljährliche Raumfahrtwoche statt. Diesmal wird ein Raketenrennen zum Mond und wieder zurück veranstaltet, an dem alle Genies Eurekas teilnehmen. Auch Kevin ist dabei. Um mögliche Aufstiegsspuren der Raketen zu verbergen, wird das elektromagnetische Feld Eurekas neu eingestellt. Dadurch wird jedoch auch die neue Erfindung von Dr. Ramsey verändert: Eine Flüssigkeit, die Sauerstoff erschaffen soll. Die Folgen sind verheerend…

Henry und Grant reparieren den Kern des Brückengerätes notdürftig und machen einen Testlauf. Der Versuch führt dazu, dass die Jahre 1947 und 2010 beginnen, miteinander zu verschmelzen. Nach Henrys Analyse wird das Verschmelzen der beiden Zeitlinien dazu führen, dass Eureka – wenn nicht die ganze Welt – ausgelöscht werden. Claudia aus der Serie „Warehouse 13“ taucht in Eureka auf und verdreht Fargo mit ihrer überaus lockeren Art sofort den Kopf.

Carter (Colin Ferguson), Fargo (Neil Grayston) und Grant (James Callis) gehen übers Wochenende campen. In Eureka bricht während ihrer Abwesenheit das Chaos aus: Enttäuscht darüber, dass Sheriff Andy ihre Gefühle nicht erwidert, löst S.A.R.A.H. eine Fehlprogrammierung aus. Daraufhin lassen sämtliche Maschinen und Computer mit künstlicher Intelligenz ihren Gefühlen freien Lauf. Derweilen steht Henry (Joe Morton) kurz davor, den Pakt der Geheimhaltung zu brechen und Grace (Tembi Locke) die Wahrheit über die zweite Zeitlinie zu erzählen.

Liebe liegt in der Luft: Carter (Colin Ferguson) muss sich mit Problemen seiner frisch verliebten Tochter herumschlagen, Grant (James Callis) macht Allison (Salli Richardson-Whitfield) den Hof und Henry (Joe Morton) möchte mit Grace (Tembi Locke) noch einmal von vorne anfangen. Plötzlich werden Einwohner von Eureka in Beton versteinert aufgefunden. Allison findet heraus, dass die Versteinerung von außen nach innen verläuft, sodass sie gerettet werden können – doch die Zeit wird knapp. Unterdessen kommt Fargo (Neil Grayston) in Bedrängnis, da jemand versucht, Grants wahre Identität herauszufinden.

Bei einem kleinen Umtrunk in Henrys Garten explodiert ein Ghettoblaster, den Fargo mitgebracht hat. Alle Anwesenden – Carter, Allison, Fargo und Jo – haben daraufhin Halluzinationen. Sie werden von der jeweiligen Person, die sie mental stark belastet, verfolgt. Die Tochter eines Soldaten, dem Allison im Jahre 1947 das Leben gerettet hat, taucht in Eureka auf. Grant wird beauftragt, das ZEG-Gerät zu vernichten, das bei seinem Gebrauch alle elektronischen Geräte zerstört.

Noch immer suchen allen nach dem ZEG-Gerät. Henry will es mit einer speziellen Apparatur außerhalb von Eureka finden und nimmt Allison dorthin mit. Währenddessen holt Jo alle Geheimakten über Travor Grant aus dem Archiv und geht sie zusammen mit Carter durch. Dabei stoßen die beiden auf Magnetdraht-Aufzeichnungen, aus denen hervorgeht, dass Beverly Barlow das ZEG-Gerät als Energiequelle gestohlen hat.

Taggert hat ein Gerät erfunden, das Gegenstände schrumpfen lässt. Mit diesem im Gepäck, kehrt er nach Eureka zurück. Als Vincent von dem Gerät erfährt, probiert er es aus, und bringt damit aus Versehen ganz Eureka zum Schrumpfen. Nur ein einziger Gegenstand behält seine ursprüngliche Größe: eine Kugel aus kristallisiertem Wasserstoff. Schließlich sind es Taggert und Carter, die die Stadt retten. Beim Julklapp erwartet die Einwohner dann noch eine ganz besondere Überraschung…

Fargo eilt Jo zu Hilfe, als Zane wieder einmal mit ihr flirten möchte, und schickt ihn unter einem Vorwand weg. Kurze Zeit später kehrt Zane zurück, um Fargo über Jo auszuquetschen. Während Fargo dabei an einer ausrangierten Raumkapsel spielt, startet versehentlich die Rakete und befördert Zane und Fargo ins All. Da die Steuerungselemente ausgebaut sind, scheint es zunächst unmöglich, wieder zur Erde zurückzukommen…

Als Holly Marten in Eureka auftaucht, glaubt Fargo sofort, dass Senatorin Wen sie geschickt hat, um die „Schneller-als-Licht“-Aktion zu untersuchen. Er benimmt sich ihr gegenüber enorm aggressiv, und auch andere Menschen fangen an, seltsame Dinge zu tun. Bald wird klar, dass alle Aktivitäten Liedertextzeilen entsprechen, die parallel irgendwo laufen. Auch Jo wird von diesem hypnoseähnlichem Zustand erfasst und das ausgerechnet, während der Song „I Shot the Sheriff“ läuft…

Der Termin zur Astraeus-Mission rückt immer näher. Fargo und Holly haben die Aufgabe, aus einer Unmenge an Bewerbern die 20 besten auswählen zu müssen, die schließlich an der Reise nach Titan teilnehmen werden. Auch ein gewisser Dr. Parrish gehört zu den Kandidaten – sehr zu Fargos Missfallen. Indessen hat man Jo und Carter die Linse offiziell eingesetzt. Seitdem können die beiden Geschehnisse und personenbezogene Daten von Menschen ein – und vorhersehen.

Allison hat seit Neuestem gedankliche Aussetzer, die manchmal mehrere Stunden andauern. Dann befindet sie sich plötzlich an einem anderen Ort und weiß nicht, wie sie dort hingekommen ist. Sie untersucht ihr Hirn mit modernsten Methoden und entdeckt die von Beverly eingepflanzte Diode. Als Carter sie nach dem Untersuchungsergebnis fragt, verschweigt sie ihm das. Unterdessen schikaniert Jo Lupo Zane weiterhin nach allen Regeln der Kunst. Die beiden kommen sich dennoch immer näher.

Beverly hat mittlerweile die Kontrolle über Allison gewonnen. Allison wird nun auch noch zur Interimschefin von G.D. ernannt, weil sich Fargo auf die Astraeus-Mission konzentrieren möchte. Beverlys Ziel ist es, an den G.D.-Zentralcomputer zu gelangen und dort sämtliche Informationen zu stehlen. Jack durchschaut das Ganze und versucht, Allison/​Beverly einzusperren. Daraufhin gibt sie ein elektronisches Kommando, das sämtliche Bewohner Eurekas in eine Art Tiefschlaf fallen lässt.

Allison darf zunächst ihren Job als stellvertretende Direktorin bei G.D. nicht ausüben, weil Senatorin Wen sie für nicht völlig wiederhergestellt hält. Jo, Holly, Fargo und Dr. Parrish werden indessen in eine Isolationskammer gesperrt, um dort ihr Verhalten unter Extrembedingungen zu testen. Scheinbar zufällig befindet sich auch Zane in der Kammer. Er ist jedoch von Senatorin Wen gezielt eingesetzt worden, um verschiedene Stresssituationen auszulösen.

In Eureka dreht sich noch immer alles um die Astraeus-Mission. Man versucht, die Bedingungen auf dem lebensfeindlichen Titan auf der Erde nachzustellen. Als Dr. Huggins, der mit Methan, Ethan und Ammoniak arbeitet, nach einem missglückten Versuch die Stoffe in der Kanalisation entsorgt, entsteht ein lebensgefährlicher Ethannebel. Carter und Allison bekommen indes Besuch vom D.O.D.-Angestellten Warren Hughes, der überprüfen soll, inwieweit ihre Beziehung mit ihren Jobs kollidiert.

Jack Carter wird zu einer Farm gerufen, auf der eine Kuh zerschmolzen auf dem Boden liegt. Als weitere Dinge einfach zerschmelzen, stellt sich heraus, dass Taggart Fledermäuse genetisch manipuliert hat, damit in ihrem Kot mehr Perchlorsäure gebildet wird, die man dann auf dem Titan als Brennstoff verwenden könnte. Leider verwandelt sich diese in Verbindung mit Xylen, ein Stoff der in allen geschmolzenen Gegenständen und Geschöpfen gefunden wurde, in eine Art Supersäure…

Der Start der Astraeus-Mission steht kurz bevor – ganz Eureka steht Kopf. Auch der US-Präsident will beim Start dabei sein. Als sein Double einfährt, wird sein Auto von einer Art Laserkanone in zwei Teile geschnitten. Erfinder des Lasers ist Dr. Plotkin, der überall in Eureka sogenannte Stangen verteilt hat, die die Energie ihrer Umgebung in sich aufnehmen. Er plant, eines Tages die Energieversorgung der Welt selbstständig zu regeln…

Carter (Colin Ferguson) plant zu Weihnachten eine besondere Überraschung: Er will Eureka weiße Weihnachten bescheren und hat mit der Hilfe von Fargo (Neil Grayston) eine besondere Schneekanone gebaut. Doch statt in eine Winterlandschaft verwandelt sich die Stadt in eine riesige Computeranimation. Zusammen mit Andy (Kavan Smith) will Carter die Kanone stoppen. Aber der Weg dorthin gestaltet sich alles andere als leicht, denn Carters Jeep wird lebendig und braust davon, dann attackieren Schnee-Ninjas die Beiden und schließlich transformiert sich Andy in einen Zeichentrick-Roboter…