Eine Grippeepidemie bedroht die USA. Innerhalb des Projekts NOAH wird an der Erforschung eines Virus' gearbeitet, das als Heilmittel für sämtliche Krankheiten dienen soll. Dazu wird ein Kind zu Versuchszwecken benötigt. Die Wahl fällt auf die zehnjährige Amy, die gerade Waise geworden ist. Als der in das Projekt involvierte FBI-Agent Brad Wolgast das Mädchen kennenlernt, ändert er jedoch seine Meinung und versucht, Amy um jeden Preis zu beschützen ...

Amy und der verletzte Brad sind auf der Flucht vor Richards und seinen Männern. Als Brad bewusstlos wird, bittet Amy dessen Exfrau Lila um Hilfe aus der Ferne. Schließlich landen die beiden bei Brads ehemaliger Lehrerin Lacey in Wisconsin. Lacey organisiert die Flucht von Brad und Amy nach Kanada.

Amy und Brad werden von Richards ins Forschungsinstitut gebracht. Dort wird dem Mädchen der Impfstoff gespritzt. Indes trifft Brad auf Carter, der im Zimmer neben Amy wohnt. Der erzählt von seinen Albträumen, in denen immer wieder Tim Fanning auftaucht.

Das Projekt NOAH bekommt überraschenden Besuch von dem ranghohen Offizier Horace Guilder. Brad und Amy arbeiten währenddessen an einem Fluchtplan und erhalten Hilfe von einem unerwarteten Komplizen. Sykes und Richards stellen die Motive des jeweils anderen in Frage und die Vergangenheit von Lear, Elizabeth und Fanning kommt ans Licht.

Nachdem Amy Winston mit ihrem Schrei verjagt hat, ist er auf der Flucht. Brad verlangt von Amy, nicht mit Guilder zu kooperieren. Sie hört jedoch nicht auf ihn, was zu Spannungen zwischen ihnen führt. Schließlich machen sie sich auf die Suche nach dem geflohenen Viral. Unterdessen versucht Nichole, Amys Virus gegen das von Fanning einzusetzen - ohne Erfolg.

Guilder wird vom Verteidigungsminister beauftragt, alle nötigen Maßnahmen zu ergreifen, um Projekt NOAH für das Militär brauchbar zu machen. Derweil versucht Fanning, die im Sterben liegende Elizabeth für sich zu gewinnen und genug Virals um sich zu scharen, um zu fliehen und schließlich eine neue Welt erschaffen zu können. Elizabeth hat sich gegen Fanning und für den Tod entschieden. Amy wird derweil in ihren Träumen von Fanning heimgesucht; er versucht sie zu überzeugen, sich ihm anzuschließen. Brad verschafft sich mit Richards’ und Sykes’ Hilfe Zugang zu Ebene 4B und weicht nicht mehr von Amys Seite. Deren Zustand verschlechtert sich zunehmend

Amy zeigt Symptome des Virus', woraufhin Brad alle zusammen trommelt und Lila und Sykes nach der Medizin suchen, um sie vor Fanning zu retten. Unterdessen versucht Richards das Projekt NOAH aufrechtzuerhalten, als Guilder die Entscheidung trifft, die Mehrheit des Personals zu entlassen und gleichzeitig versucht, Babcock nicht in seinen Kopf zu lassen.

Brad, Amy und Guilder gelingt es, die Virals im Zellenblock gefangen zu nehmen. Nun gilt es, gemeinsam mit Dr. Sykes und Lila von 4B zu fliehen. Allerdings müssen sie zunächst Dr. Sykes, in deren Besitz das Heilmittel ist, aus dem Labor befreien. Doch dazu kommt es nicht, denn die Virals können sich befreien … Lacey überredet Dr. Lear, Nicholes Heilmittel zu replizieren. Patrick Bagosian, der Chef der Globalen Gesundheitsorganisation, drängt ihn dazu, vor einem Sonderrat der UN anzugeben, dass das Heilmittel bereits fertiggestellt sei. Doch der Bluff fliegt auf … Amy, Brad und Lila verstecken sich derweil in einer Hütte.

Es werden unerwartete Allianzen geschmiedet, während sich eine wichtige Persönlichkeit hervortut, inmitten all der Verwirrungen das Ruder an sich zu reißen.