Sydney empieza a trabajar en la CIA y, poco después, conocerá al agente Vaughn por el que sentirá una innegable atracción. El principal objetivo de Sydeny es destruir 'La Agencia' pero Vaughn le enseñará que 'La Agencia' es simplemente una pequeña cedula y que en realidad pertenece a un grupo superior y de ese es del que tienen que ocuparse.

Sloane envía a Dixon y Sidney a Madrid con la misión de robar una caja de seguridad que contiene un dibujo de lo que parece ser un código dibujado a finales del siglo XV por Milo Ramaldi. El código se compone de dos partes. La Agencia SD-6 necesita el segundo dibujo para completar el código. Sidney descubre que Anna Espinosa, miembro de una agencia rival rusa posee la caja de seguridad. Después de una intensa riña, Sidney consigue la caja pero Anna tiene la llave para abrirla. Por este motivo, Sloane acuerda una cita entre Anna y Sidney. Cuando por fin consiguen abrir la caja, las dos agentes se horrorizan ante el ensordecedor sonido que se emite desde el interior de la caja.

Sydney logra memorizar junto con su homóloga, la espía rusa Ann, un código que posee una antigüedad de 500 años. El código completo revela una localización geográfica que le lleva a una iglesia en Málaga donde Ann y Sydney coincidieron hace mucho tiempo como rivales. Por su condición de doble agente, Sydney se ve envuelta en una nueva peligrosa misión ya que debe proporcionarle el código secreto al SD-6. Dixon y Sydney viajan a Casablanca para investigar el complot que pretende eliminar la Organización de Comercio Unido (OCU). Allí la agente se hace pasar por una turista canadiense de habla francesa. Más tarde, ambos agentes viajan a Sao Paolo, ciudad en la que se celebra una conferencia de la OCU y que tiene como invitado de honor al Premio Nobel de la Paz, Dhiren Patel. En Brasil, Sydney tendrá que evitar la explosión de una pequeña bomba que el Nobel tiene instalada en su marcapasos.

Sydney está aturdida tras conocer la muerte de cuatro agentes de la CIA en una explosión. Además se entera de que su padre, Jack, no trabajará más tiempo a su lado en el SD-6 y que el accidente que causó la muerte de su madre estaba relacionado con la actividad como espía de su padre. Por todo ello, comienza a sospechar de las intenciones de Jack y pide consejo a Michael, que es la única persona que la puede escuchar. Marshall descubre que la red informática de la CIA tiene una infiltración. Mientras Francie vuelve a quedar con su novio y descubrirá para su tranquilidad que sus intenciones que no tienen nada que ver con lo que ella creía. Por otro lado, Will descubre la identidad de la mujer que declaró haber conocido a Danny antes de su muerte.

Sydney es secuestrada en un psiquiátrico de Bucarest, Rumanía, tras encontrar a otro agente del SD-6 muerto. Los secuestradores quieren interrogarla para saber si recibió información de un hombre, Shepard, que está interno en el psiquiátrico con un cuadro de amnesia que le impide recordar su pasado. Sydney intenta que Shepard colabore con ella para huir y así lograr la información que necesita para la misión. Pronto descubrirá que este hombre está relacionado con un hecho importante de su vida. Por otra parte, Jack se sincera con su hija y le explica su verdadera implicación con la muerte de su madre hace veinte años. Mientras en Los Ángeles, Will sigue investigando la muerte de Danny y descubre que hay otro asesinato relacionado e intenta que este caso sea publicado, aunque tendrá cierta oposición de su jefa. Y a la vuelta a casa de Sydney, Francie tiene preparada la cena de Acción de Gracias, para celebrarlo juntas.

La nueva misión de Sydney y Dixon les conduce hasta la ciudad de Las Vegas, donde deberán infiltrar, en secreto, un mecanismo con el que espiar a uno de los agentes del K-Directorate. Pero antes de marcharse, Sydney descubre que Charlie, su prometido, y su compañera de piso, Francie, han mantenido una relación amorosa al mismo tiempo que ella salía con Charlie. Descubrir esto repercutirá en la nueva misión de la agente. Por su parte Sloane, haciendo uso de un micrófono oculto, ha descubierto el lugar exacto en el que se encuentra el K-Dictorate y envía a Sydney y a Dixon a Rusia para que espíen a dichos grupos. Sydney acepta la proposición, sabiendo de antemano que hará todo lo posible para transmitir la información a Vaughn.