La giornata inizia con una minaccia per gli Stati Uniti d'America.

Un gruppo di terroristi cerca di far scoppiare una bomba nucleare a Los Angeles. Il presidente degli Stati Uniti d'America, David Palmer, decide di chiamare nuovamente in suo aiuto l'agente del CTU, nonché suo grande amico Jack Bauer ora fuori servizio. Kim Bauer ora lavora come ragazza alla pari presso la famiglia Matherson, e sempre a L.A. Kim, con la piccola Megan Matherson, finirà presto in una situazione pericolosa.

Kim, vedendo che il padre della piccola Megan, Gary, è un uomo violento e pericoloso, cerca di fuggire da casa Matherson con la bambina. Nel frattempo a casa Warner, Kate, insospettita dal futuro marito della sorella, Reza, decide di cercare maggiori informazioni sull'uomo che presto farà parte della sua famiglia.

Jack finalmente riesce a incontrare di persona Joe Wald ma, avere di nuovo la sua fiducia, pare impossibile. Nel frattempo Kim decide di portare Megan all'ospedale perché la piccola inizia a risentire della botta in testa presa pochi minuti prima quando ha tentato di sfuggire alla presa del padre. In casa Warner, Bob cerca di placare sua figlia Kate e di convincerla a smettere di investigare su Reza.

Al CTU Jack Bauer è costretto a un faccia a faccia con la sua ex collega Nina Myers (colei che ha ucciso la moglie di Jack) che pare abbia qualche collegamento con gli eventi che stanno accadendo in questo giorno. Nel frattempo il suo collega Tony Almeida si reca a casa Warner per interrogare tutti i componenti della famiglia compreso Reza.

Kim Bauer non vuole che Gary riesca a prendere sua figlia e così fugge in macchina con la piccola Megan grazie all'aiuto di Miguel. Nel frattempo a casa Warner Tony riesce ad ottenere delle informazioni sorprendenti da Reza. Tutto questo mentre Jack Bauer cerca di interrogare Nina al CTU, cercando di non farsi trasportare troppo dal sentimento di vendetta nei suoi confronti.

La puntata inizia con l'arrivo di Jack Bauer e Nina Myers all'aeroporto dove salgono su un jet diretto a Visalia, dove Nina ha promesso di mettere in contatto Jack con la sua fonte, Mamhud Fahim, ed ottenere informazioni sull'attentato terroristico. Intanto il presidente David Palmer si occupa insieme ai suoi collaboratori di tenere nascosto alla stampa il sequestro del giornalista Ron Willand; dopodiché, essendo stato messo in guardia dall'ex moglie riguardo una reale possibilità di un complotto contro di lui ad opera di membri della sua amministrazione, chiede privatamente al capo del suo staff, Mike Novick, di indagare sulla faccenda suggerendogli di iniziare il controllo dal capo dell'NSA Roger Stanton. Intanto le condizioni di Mason iniziano a peggiorare, tanto che telefona al figlio con cui non ha più rapporti da anni tentando invano di convincerlo ad un incontro al CTU e dopo un aggiornamento da Tony riguardo agli interrogatori in casa Warner gli ornina di arrestare entrambi i sospettati. Ciò spingerà Kate ad iniziare ad indagare sui registri privati di suo padre. Jack e Nina atterrano a Visalia e lei gli comunica dove poter trovare Fahim ma, a seguito di un consulto in aeroporto con l'FBI, Jack decide di usare Nina come esca per attirararlo allo scoperto senza che abbia la possibilità di suicidarsi per compromettere le indagini. Nina viene così condotta nel negozio che Fahim usa come copertura e lasciata entrare con una cimice, ma a causa di problemi ed interferenze durante il colloquio tra i due Jack ordina l'irruzione e Nina ne approfitta per tentare di scappare. Tuttavia Jack riesce ad intercettarla quasi subito e, dapprima tentato di ucciderla, si limita a rimettergli le manette. Mason decide di far prelevare suo figlio da un agente pur di avere la possibilità di parlargli; gli rivela che gli resta poco da vivere e gli da accesso al suo conto in banca, intimandogli infine di lasciare immediatamente la città per la sua sicurezza. Nel frattempo Kim Bauer è in viaggio col suo ragazzo e la bambina dei Matheson verso casa di sua zia fuori città; durante il tragitto vengono fermati da un agente di polizia che, dopo aver controllato i documenti, si accorge che cola del sangue dal retro dell'auto. La puntata si chiude con la scoperta del corpo privo di vita della Sig.ra Matheson all'interno del bagagliaio.

La puntata si apre con Kim Bauer e il suo ragazzo che tentano inutilmente di discolparsi con l'agete di polizia e vengono arrestati. Nel frattempo Tony è appena arrivato al CTU con i sospettati Bob Warner e Reza Nayev; qui riceve un rapido aggiornamento sulle vittime ed ottiene carta bianca da Mason per ottenere in qualsiasi modo le informazioni in loro possesso. Intanto Sherry Palmer riesce a scoprire il sequestro di Ron Willand e, dopo criticato Palmer per aver preso questa decisione, chiede di avere la possibilità di parlargli per convincerlo al silenzio. A Visalia l'interrogatorio all'informatore di Nina, Mamhud Fahim, non da alcun risultato per la sua mancanza di collaborazione, pertanto Jack decide di portare sia Nina che Fahim al CTU di Los Angeles. Intanto Kate Warner continua ad indagare sui movimenti bancari del padre insieme ad un investigatore privato; quest'ultimo riesce a farle scoprire che il padre ha prelevato quasi mezzo milione di dollari dal suo fondo societario per devolverlo ad un noto finanziatore del terrorismo ed abbia anche accesso ad informazioni governative. Durante l'interrogatorio con Tony Almeida, Bob Warner rivela infatti di lavorare per la CIA e che ha agito seguendo degli ordini precisi. Mentre Tony fa le opportune verifiche per la storia di Warner, Kim contatta il CTU che la mette subito in contatto con Jack, ancora in volo. Kim gli spiega disperata la sua situazione, ma proprio in quel momento Nina riesce a farsi dire sottovoce l'ubicazione della bomba da Fahim e subito dopo lo uccide tagliandogli la gola pe mettersi in una posizione di intoccabilità. Rivela che darà l'informazione a Jack solo dopo essere atterrati a San Diego. La puntata si chiude con tre risvolti piuttosto gravi: Ron Willand riesce a sottrarsi al sequestro e organizza un incontro con la stampa in cui rivela che incombe una minaccia terroristica ai danni della sicurezza nazionale; Kate Warner e l'investigatore privato vengono rapiti mentre escono di casa e il jet in cui si trovano Jack e Nina comincia a precipitare a seguito di un'esplosione vicino al timone di coda.

Il Presidente Palmer scopre dal filmato di una videocamera di sicurezza che Richard Harmous ha fatto uscire Willand dalla stanza in cui era trattenuto. L'attenzione si sposta quindi sul jet che ospita Jack e Nina; Jack comunica a Mason le coordinate approssimative del luogo dove tenteranno di fare un atterraggio di fortuna ed entrambi tentano inutilmente di estorcere le informazioni a Nina nel caso non si salvassero. Palmer programma una conferenza stampa dove intende rimediare alle dichiarazioni di Willand e poco dopo apprende da Novick che il jet di Bauer si è schiantato. Jack, uscito dai rottami dell'aereo quasi illeso, trova Nina poco distante ed è costretto a rianimarla. Nel frattempo al CTU scoprono che l'incidente era in realtà dovuto a missili terra-aria; Mason entra, quindi, fuorioso nella sala interrogatori dove sono rinchiusi Bob Warner e Reza Nayev e, dopo averli torchiati, offre l'immunità al primo di loro che collaborerà. Reza si dimostra visibilmente sconvolto alla notizia dell'ordigno nucleare, pertanto si offre di dare agli agenti del CTU delle prove contro il suocero. Intanto Jack e Nina iniziano a allontanarsi dal luogo del disastro, quando vedono dei soldati che uccidono a sangue freddo i restanti superstiti. Jack decide, quindi, di liberare provvisoriamente Nina per farsi aiutare a respingerli. Intanto Kate Warner si sveglia accanto al suo sequestratore che si rivela essere Sier Dalì, una vecchia conoscenza di Reza, motivo dei suoi primi sospetti sul futuro cognato. Questi la conduce in una sala dove stanno torturando l'investigatore privato per capire cosa sono riusciti a scoprire insieme. Jack e Nina riescono a respingere i soldati fino all'arrivo della squadra di soccorso ma, prima che quest'ultima li abbia raggiunti, Nina riesce a mettere sottotiro Jack esigendo di parlare col presidente. In ospedale, Kim Bauer e il suo ragazzo sono ancora ammanettati in attesa di essere trasferiti alla centrale di polizia di Los Angeles; qui Kim riesce a vedere un'ultima volta la figlia dei Matheson, la quale gli comunica che andrà a stare dalla zia a Santa Barbara. Il CTU, appresa la situazione di Jack, mette Nina Myers in contatto con il presidente; la sua richiesta consiste nel rivelare l'ubicazione della bomba in cambio della grazia anche per l'omocidio di Jack. A malincuore e sotto l'insistenza dello stesso Jack, il presidente accetta la proposta di Nina, esortandola, però, a non ucciderlo finché non avranno trovato la bomba. Nina rivela quindi che essa si trova a casa di Sier Dalì. Dalì si convince che entrambi i suoi prigionieri non sanno nulla ed uccide l'investigatore ordinando ad uno dei suoi uomini di fare altrettanto con Kate; la puntata si chiude con Jack ancora tenuto sottotiro da Nina.

La puntata si apre con un breve discorso di Palmer che tenta di rassicurare la stampa. Nel frattempo Jack, ancora tenuto sottotiro da Nina Myers, riesce con l'inganno a farla muovere di qualche passo permettendo ad un cecchino di colpirla e ad una squadra di riprenderla in custodia. Osservando i corpi dei soldati che ha appena ucciso, Jack riconosce un particolare tatuaggio e comunica subito al presidente Palmer che quei soldati erano tutti americani membri dell'Unità Operativa Speciale Sotto Copertura, comandata da un certo "Colonnello Ron Samuels" e finanziata in segreto dall'NSA. Nel frattempo Kim Bauer e il suo ragazzo vengono caricati in un'auto della polizia diretta al distretto di Los Angeles, ma durante il tragitto fanno divampare un piccolo incendio facendo uscire di strada la vettura; Kim riesce a liberarsi dalle manette e chiama subito un'ambulanza per soccorrere il suo ragazzo e l'agente di polizia, entrambi feriti gravemente. Intanto Kate Warner è ancora tenuta in ostaggio in casa di Sier Dalì dove sta per essere uccisa, ma fuori dalla casa c'è già Jack con una squadra che si prepara all'irruzione. Il sequestratore, avvertita la presenza degli agenti, usa Kate come scudo umano, ma Jack riesce a stordirlo con un proiettile di gomma. Purtroppo, però, il sequestratore ingoia un capsula di cianuro morendo in pochi attimi. Intanto il presidente Palmer è deciso a far arrestare Roger Stanton (capo dell'NSA) dopo la precedente conversazione con Jack; Sherry lo convince a cercare prima delle prove e scopre che Stanton ha dato l'ordine di aprire un canale di comunicazione segreto per la CIA. Subito dopo, però, Sherry informa di nascosto Stanton rivelandosi anch'essa una traditrice implicata nel complotto. Con la collaborazione con Kate Warner, Jack crede di poter rintracciare Sier Dalì e le chiede di venire con lui per poterlo identificare. Nel Frattempo Reza, volendo dimostrare che Bob Warner ha finanziato l'attentato, scopre che un'altra persona ha usato il suo computer: Marì Warner! La puntata si chiude con Marì che proprio in quell'istante entra nella stanza ed uccide l'agente del CTU e infine Reza.

Kate riconosce Syed Alì nella moschea, ma quando la squadra di Jack irrompe nell'edificio, l'uomo è avvolto dalle fiamme. Kim continua la sua fuga nel bosco, ma rimane con una caviglia bloccata in una trappola per animali, mentre un puma la osserva da lontano. Tony dà a Bob Warner la notizia che sua figlia Marie potrebbe avere ucciso il fidanzato Reza e l'agente del CTU che era con lui. Marie infatti, con un nuovo look, entra in un'officina e seduce il caporeparto al fine di farsi aprire l'armadietto di uno degli operai. Palmer chiama un agente dei servizi segreti e lo incarica di estorcere da Stanton ogni informazione utile.

Jack interroga Syed Ali e per farsi confessare qualcosa finge un'esecuzione in diretta dei suoi figli e Kate capisce che Marie è implicata in qualche modo nella vicenda. Nel frattempo, alla Casa Bianca, Lynne scopre che l'ex moglie di Palmer, Sherry, è connessa a Stanton.

Jack, dopo aver ottenuto la confessione di Ali, giunge all'hangar e localizza la bomba. Kim, dopo essere riuscita a fuggire dalla polizia e dopo aver lasciato Miguel ferito in macchina, giunge in un bosco e viene salvata da un cacciatore che abita lì nei paraggi isolato da tutti. Nel frattempo Stanton confessa a Palmer che, anche grazie all'aiuto di Sherry, per molte settimane, è stato a capo di un team che ha permesso l'entrata negli Stati Uniti dell'ordigno nucleare "tracciandolo" ogni minuto per sapere sempre dove si trovasse.

Jack, giunto all'hangar, scova Marie e la interroga per avere informazioni precise sulla bomba. George Mason, capendo che oramai non gli rimane molto da vivere, lascia il CTU e affida la direzione a Tony. Nel frattempo David Palmer si confronta con Sherry per capire sino a che punto la sua ex moglie sia implicata nei piani di Mike Stanton.

Jack capisce che l'unico modo per evitare una strage è quello di far esplodere la bomba in un cratere lontano dalla città e, per far questo, decide di pilotare lui stesso l'aereo verso la località desertica prescelta. Mentre sta guidando questa missione suicida, Jack riesce a mettersi in contatto un'ultima volta con sua figlia: le confessa i piani per la detonazione della bomba e le ricorda che l'amerà sempre.

Durante la missione suicida Mason si è imbarcato di nascosto nell'aereo e non essendogli rimasto tanto da vivere decide di prendere il posto di Jack, facendo così detonare lui la bomba, e permettendo a Jack di salvarsi. Successivamente Jack riesce a coinvolgere Michelle nel provare l'autenticità del file audio di Ali per fare in modo che il presidente non dichiari guerra basandosi su prove false. Nel frattempo Kim si ritrova coinvolta in una sparatoria ad un negozio.

Grazie all'aiuto di Yesuf, Jack contatta Wallace, capo del commando "serpente corallo" implicato nella congiura. Nel frattempo il presidente non intende dichiarare guerra sino a che Jack non sia assolutamente sicuro che la prova audio sia vera e questo inizia a metterlo contro gli altri componenti del governo.

Jack, insieme a Yesuf, Kate e Wallace, riesce a fuggire da un assalto alla casa sicura ove si era rifugiato. Credendo che sua padre sia morto nella detonazione della bomba nel deserto, Kim invece si costituisce alla polizia. Nel frattempo il presidente deve fare i conti con le sempre più frequenti manifestazioni anti-arabe che stanno sorgendo in tutto il paese.

Un gruppo militare insegue Jack e l'agente, e insieme a Wallace, Kate e Yesuf, cerca in tutti i modi di uscire vivo da un assalto improvviso. Nel frattempo al CTU Michelle confessa a Tony il perché della tensione sempre crescente tra lei e la nuova arrivata Carrie e questo fa si che il rapporto tra lei e Tony si approfondisca.

Wallace muore ma Jack ottiene le prove necessarie per scagionare i paesi arabi. Grazie all'aiuto di un dottore, Jack, assieme a Kate e Yesuf, riesce a fuggire ad un nuovo assalto, ma, a causa di due ubriachi, non riesce a portare sano e salvo al CTU il chip. Nel frattempo alla Casa Bianca, Palmer si insospettisce del suo vice Prescott e l'unica collabora trice di cui si fida, Lynne, viene trovata inspiegabilmente in fin di vita.

Il Gabinetto destituisce il presidente Palmer e nomina come nuovo presidente il suo vice Prescott favorevole ad un immediato attacco ai paesi arabi. Il chip è danneggiato ma Jack, nonostante tutto, riesce a estrapolare dei dati significativi. Nel frattempo sua figlia Kim, dopo aver chiarito tutto con la polizia, ritorna a casa dei Matherson per raccogliere le sue cose.

Jack giunge alla casa di Alex Hewitt, l'hacker che ha falsificato il file audio, e qui vi incontra l'ex moglie del presidente Sherry che pare conoscere molte cose. Ryan Chappelle destituisce Tony dal comando del CTU quando questi rifiuta di non aiutare Jack nelle indagini. A casa Matherson, Kim rincontra il suo ex datore di lavoro Gary e tra i due lo scontro fisico è inevitabile.

Jack cerca di tornare al CTU con Hewitt per provare a tutti che il files audio è stato falsificato, ma, nonostante l'aiuto di Sherry, il ragazzo muore prima di poter svelare il suo coinvolgimento nell'accaduto. Mentre cercano di aiutare l'amico e collega Jack nelle sue indagini, Tony e Michelle vengono colti sul fatto e arrestati da Chappelle. Alla Casa Bianca, Palmer è costretto a dare i codici segreti a Prescott per attivare i piani di guerra.

Jack e Sherry finalmente si confrontano con Peter Kinsgley e lo fanno in diretta con il presidente e Novick che scopre finalmente che coloro che hanno dato il via alla minaccia nucleare non sono i paesi arabi ma lo stesso Kinsgley. Agli agenti del CTU viene così ordinato di aiutare Jack.