Eureka se prepara para la gran fiesta de aniversario de la fundación de la ciudad. Henry repara el coche del fundador, a lo que le ayudará una nueva amiga llamada Grace. Allison, por su parte, se encarga de un adolescente autista.

Tras regresar a la ciudad desde el pasado, Carter se sorprende al encontrar a Tess en casa aún enamorada de él y con Kevin capaz de hablar y de valerse por sí mismo. Jo no tiene la misma suerte; Zane no quiere saber nada de ella. Henry, por su parte, es el alcalde de Eureka.

Fargo lidia con su nueva reputación como tirano, así como con la presión de responder ante el general Mansfield, que pide progresos en un proyecto de armas no letales. Él y Jo se dirigen al laboratorio para hacer un informe cuando se enteran de la existencia de un dispositivo para disparar por Internet. De repente, el dispositivo ataca a Fargo.

En Eureka todo está preparado para una carrera de cohetes, que empieza con éxito aunque pronto se descubre un error en el vuelo del crucero espacial. Así como la liberación del TAP, un oxígeno creado para la colonización de Marte y que pondrá en peligro la ciudad.

La aparición de objetos de 1947 en Eureka hace que se baraje la posibilidad de que un agujero de gusano se haya instalado en la ciudad haciendo de campo de imantación. Es entonces cuando descubren que las moléculas de Grant son las responsables de la atracción.

El amor envuelve Eureka, cuando SARAH, el sistema de inteligencia artificial de la casa de Carter decide quitarle a EMO un programa para enamorar a Andy. El nuevo software que incluye emociones humanas infecta a todos los sistemas de la ciudad.

Carter se prepara para su cita con Allison cuando Zoe se da cuenta de que se ha dejado el teléfono en la excavación, con lo que se dirigen los dos allí para recuperarlo. En vez de encontrar el dispositivo, se encuentran con Derek convertido en piedra y aún vivo.

Grace y Henry dan una fiesta para celebrar su unión. Ella ha preparado una terapia que les permita compartir sus recuerdos y reconstruir su relación. Grant llega tarde, puesto que viene de hacer una visita a Beverly Barlowe, quien ha esperado décadas para pedirle ayuda.

Los planes de Zoe y de Carter de volver a casa por vacaciones son interrumpidos en la frontera de Eureka, donde descubren que el campo electromagnético que rodea la ciudad está dañado. Mientras tanto, en la fiesta navideña de Global Dynamics, todo el mundo se pregunta la identidad del Santa secreto de Eureka. Los asistentes, se alarman al descubrir que la longitud de sus brazos se ha acortado considerablemente, hecho que coincide con la aparición de un hombre enfundado en un traje rojo.

Cuando está a punto de casarse con Andy, S.A.R.A.H. decide que no está preparada y toda la parafernalia de la boda ha de pararse en Eureka. Zane sigue acosando a Jo por el tema del anillo hasta que un lanzamiento no programado causa problemas.

La doctora Holly Marten es enviada a la ciudad por la senadora Wen para investigar el accidente que causó que Zane y Fargo acabaran en el espacio y Fargo se pone nervioso porque cree que ella conseguirá que lo despidan de su puesto al mando de Eureka. Mientras la relación de Jo y Zane se complica al enterarse él de lo que pasaba con el otro Zane y Allison cree que trabajar y dormir con Carter complicará su relación aunque él parece no tenerle miedo a esa situación.

Se inicia la selección para la misión a Titán con Fargo y Holly encabezando el equipo de selección. Para ayudar con la seguridad, Zane inventa unas lentes de predicción algorítmica (PAL) que Lupo y Carter usaran para ayudarlos a predecir un problema antes de que suceda aunque Carter desconfía. Como los PAL pueden predecir un evento catastrófico Zane descubre que algo pasa en el sistema, todo motivado porque Fargo se había puesto un par para ayudar con el proceso de selección. Dado que el sistema está diseñado únicamente para dos entradas la tercera entrada es la causa de los problemas. Mientras Zane tratade conseguir que el sistema vuelva a funcionar, Lupo, Carter y Henry intentar reformar las imágenes del PAL para ver si pueden averiguar exactamente lo que ocurrió a partir de los datos que tienen.

Tras concluir la primera fase de evaluación de los 387 candidatos Astraeus que se presentaron aportando sus mejores ideas científicas para la misión de seis meses a Titán. Ahora 120 candidatos han de pasar la segunda fase, el entrenamiento físico, para lograr cumplir su sueño.

Carter disfruta de un rico bizcocho en la cafetería cuando recibe una llamada de Andy que le hace saber que se ha producido un atraco a un banco. Mientras el policía está entusiasmado con un robo a la antigua usanza en el viejo banco, su entusiasmo se viene abajo cuando descubre que lo que falta desde la noche anterior es todo el edificio. Peor aún, cuando el día continua más cosas comienzan a desaparecer, o más correctamente, comienzan a alejarse flotando como el vehículo de Carter.

La segunda fase de la misión Astraeus ha concluido y los candidatos han pasado las pruebas físicas por lo que arranca la tercera fase consistente en un análisis psicológico. Mientras los vecinos de Eureka han sido vacunados para la protección planetaria cuando faltan menos de 107 días para el lanzamiento.

Sin saber lo que trama Beverly Barlow, Carter sigue preocupado por Allison, que ha decidido enviar a los niños con su madre y ahora está al cargo de Global Dynamics. Pero pronto Carter, Zane y Henry descubren que alguien la está controlando.

Mientras tanto, Jo recoge a Zoe en el aeropuerto ya que regresa a casa para una visita pero la joven ya sabe que Jo estaba saliendo con Zane a sus espaldas.

Los ácaros amenazan con acabar con la estabilidad de Global Dynamics, así que Jack es requerido para aniquilarlos puesto que Jo está en medio de un entrenamiento. Por otro lado, Allison está enfadada porque todo el mundo piensa que su cerebro no funciona.

Diminuta hace una explosiva entrada en Eureka el mismo día que el departamento de Defensa envía a un auditor para que analice la relación entre Allison y Carter. Por otro lado, Jo empieza a organizar la boda de Grace y Henry mientras Zane intenta aplazar su partida.

Los ataques en la ciudad podrían dar al traste con la misión Astraeus la misma semana en que son elegidos los 20 últimos tripulantes. Carter y Allison, por su parte, piden consejo al auditor, pero el hombre les hace someterse a una última prueba.

Carter y Taggart prueban el misterio de la vaca desaparecida; Jo se pregunta que quiere de la vida. Carter y Allison se plantean su futuro.

Los participantes en la misión Astraeus se despiden de su familia en la Tierra. Mientras tanto, Carter y Jo investigan la identidad de la persona, o cosa, que atacó el convoy presidencial, así como si tiene algo que ver con las anomalías que amenazan Eureka.

La tripulación del Astraeus regresa a Eureka cuatro años después. El pueblo ha sufrido múltiples cambios que complicarán a su adaptación.