El vuelo 627 aterriza con todo el pasaje y la tripulación muerta en extrañas circunstancias. Parece que un virus haya "derretido" sus cuerpos. La Agente del FBI Olivia Dunham es la encargada de averiguar que es lo que ha ocurrido. Para ello necesitará la ayuda de un científico calificado como el Einstein de nuestra generación llamado Walter Bishop, que lleva encerrado en un psiquiatrico 20 años por un supuesto incidente en sus experimentos. Bishop le ayudará a comunicarse con su compañero John, que se encuentra en estado de coma, para poder dar con el responsable de lo ocurrido en el avión.

Olivia, junto con Peter y Walter Bishop, investigan la extraña muerte de una mujer que tiene un hijo muy especial. La mujer estaba embarazada tan solo de unas horas, y pese a ello, dio a luz a un bebé totalmente formado, y en tan solo unos minutos se desarrolló como hasta parecer un niño de 8 años. Olivia va a hablar con Nina Sharp de la empresa Massive Dynamic para pedirle ayuda.

Aparece un hombre que tiene visiones del futuro. Éste ve un ataque terrorífico, y el equipo, liderado por el Dr. Bishop, intenta evitar que este ocurra.

La aparición de un misterioso cilindro genera comportamientos extraños y revelaciones sorprendentes. Un hombre calvo y sin cejas que ha sido visto en episodios previos habla por primera vez. Walter le cuenta a Peter que en su niñez ocurrió un episodio casi fatal para él.

Joseph Meegar es un gris mensajero con una inquietante capacidad para conducir la electricidad. Tras salir ileso del accidente de un ascensor que se precipita al vacío, huye del lugar dejando a su paso una serie de extraños incidentes eléctricos. La investigación de los hechos pone a la agente Dunham y sus colaboradores sobre la pista del propietario de una serie de clínicas de dudosa reputación, acusado de realizar experimentos ilegales con sus pacientes.

El equipo investiga a una mujer que reaparece tras semanas de su desaparición con una rara enfermedad. Tambien causa sin explicación dolor y muerte a la gente que encuentra.

Cuando un extraño parásito se engancha a los órganos internos de un agente del FBI moribundo, Olivia sospecha que existe una conexión con el Patrón; Peter and Walter aprovechan las ondas cerebrales de un cadáver.

Walter cree que la abducción de un joven músico prodigio está relacionada con su antiguo compañero de litera en el hospital St. Claire.

Un empleado de Massive Dinamic muere tras el misterioso ataque de una especie de mariposa y el agente Scott desea investigar el caso a pesar del descontento de Olivia. Mientras, Peter tiene que luchar con varios enemigos del pasado que le atormentan.

Tras el robo de un banco, uno de los ladrones ha quedado sepultado en una pared en extrañas circunstancias. El equipo se encargará de realizar una investigación exhaustiva que explique el caso, mientras todo apunta a que ha sido víctima de una emboscada de sus compañeros.

El FBI y un cada vez más desesperado Peter buscan a Olivia que ha sido secuestrada, a pesar de que el hombre que encabeza la investigación es el responsable de su secuestro. En tanto, un supervirus de la gripe mata a dos prestigiosos epidemiólogos.

El equipo científico es llamado para investigar la muerte de un vendedor de autos encontrado en un charco de su propio tejido cerebral disuelto, exactamente igual que otro muchacho en otro punto del país. Mientras que el Dr. Bishop intenta determinar la causa descubre una curiosa conección entre las víctimas.

El equipo científico se involucra en un bizarro caso cuando se descubre el deformado cuerpo de un pasajero del accidentado vuelo 718. La memoria de Olivia guía al equipo hacia una pista prometedora. Cuando las opciones se agotan, Olivia y Peter actúan de encubierto para desbaratar a una banda internacional de mercaderes de armas.

El convicto de la prisión alemana, David Robert Jones se entrega voluntariamente ante los oficiales del FBI e involucra a Olivia en un controvertido test de "voluntas y habilidad". El equipo científico investiga casos a diferentes víctimas que mueren al cerrarse repentinamente todos los orificios de sus rostros.

En los últimos segundos antes de la demolición de un edificio, se descubre a un misterioso niño, mudo, que ha estado viviendo solo bajo los cimientos. Cuando la división Fringe del FBI investiga el caso, se forma una conexión mental entre el niño y la agente Olivia Dunham. Mientras tanto, un asesino en serie vuelve a aparecer y muestra su 'arte' enseñando a sus víctimas públicamente. El niño se acomoda a su nuevo entorno, y Olivia con su equipo luchan contra el reloj para evitar que el asesino loco actúe otra vez.

Mientras que unos activistas de los derechos de los animales extraen cosas de un laboratorio, obtienen más de lo que esperan cuando uno de los “animales ” enjaulados libera un apetito feroz. Dejando grotescos cuerpos mutilados a su paso, la bestia -científicamente diseñada con el cuerpo de un león, garras de águila, colmillos de víbora, piel de rinoceronte y cola de serpiente- ataca a Charlie. Con la vida de Charlie en riesgo, Walter deberá enfrentarse cara a cara con su pasado, y con la bestia.

Un incidente de suicidio ocurre en la Estación Central de Nueva York, mientras que la Agente Dunham observa el suceso cuando duerme en Boston. Sacudidos por la extraordinaria coincidencia, Olivia, Peter y Walter investigan el suceso, sin logros. Mientras los eventos violentos continúan, y empeoran, Olivia entra en una dirección impensable y emergen detalles tremendos del manifiesto de ZFT , la droga experimental Cortexiphan, y la infancia de Olivia.

La División Fringe tiene un caso en el que se acumulan cuerpos -fuertemente mutilados- que han sido extraídos de su líquido espinal. La investigación les dirigirá a un científico con posibles lazos con la célula bioterrorista de ZFT, y les sorprenderá la identidad y motivos del asesino. Cuando los asesinatos aumentan su frecuencia, Olivia, Peter y Walter lo intentarán todo para detenerlos.

Olivia experimenta “sueños” despierta, con visiones complejas de cosas que no están realmente ahí. Mientras investiga el sorprendente caso de una mujer que sufrió combustión espontánea, Olivia deja de lado su cautela y explora sus inexplicables visiones. Mientras tanto, Walter da información clave del manifiesto ZFT y Peter revela un secreto …con resultados inesperados. La historia del episodio es de Akiva Goldsman.

Preparando el escenario para el dramático y revelador final de temporada tenemos el repentino e inesperado ataque a alguien cercano a la División Fringe, el regreso del bioterrorista David Robert Jones y la la inexplicable desaparición de Walter. Sabremos más acerca de los misteriosos eventos alrededor del trío cuando se hagan preguntas, se planteen observaciones, se prueben lealtades y el escurridizo William Bell sea -finalmente- presentado en el episodio final de la temporada.

La segunda temporada comienza con el impactante regreso de Olivia desde la desconcertante realidad alternativa, mientras Peter desconoce que compite con una onmipresente fuerza en una carrera contra el tiempo tratando de conseguir información de la visita de Olivia. Walter vuelve al laboratorio para cocinar algo de ciencia marginal y, por supuesto, unas natillas para el cumpleaños de Peter.

Peter, Walter, Olivia y Broyles persiguen un extraño y mortal suceso en Philadelphia, donde una bomba estalló en una estación de tren sin dejar rastro de ningún tipo de explosivo. El complejo e inexplicable grupo de circunstancias hacen volver a Walter a su laboratorio para examinar más de cerca los restos humanos para descubrir una energía improbable que causó la explosión. Con la explosiva amenaza de más bombas y enlaces a un proyecto militar clasificado, la intensa investigación conduce a Peter y Olivia hasta Iraq.

Una peculiar abducción ocurre en Boston, llevando al equipo Fringe a destapar detalles del misterioso hombre conocido como El Observador. Mientras el estrafalario caso toma protagonismo, Walter, Peter y Astrid analizan evidencias inusuales en el laboratorio, mientras lidian con el insaciable gusto de Walter por los batidos.

Una adolescente es diagnosticada como muerte cerebral y su madre decide desconectarla de las máquinas de soporte vital, pero cuando los médicos van a abrirla para extraer sus órganos, la joven despierta gritando un código alfanumérico. Tan increíble como su resurrección es el hecho de que ahora puede hablar en ruso y posee información clasificada tan solo al alcance de altos rangos militares. Mientras las condiciones mentales de la joven mejoran intensamente, Walter desempolva viejos videos del laboratorio y descubre una hipótesis impensable, enviando a Peter y Olivia a investigar el desconcertante caso en uno original.

En un flashback, Walter le explica a Olivia que en 1985 construyó una ventana que le permitió presenciar los eventos de un mundo alterno. En el otro mundo, Walter está trabajando en una cura genética para su hijo.

Mientras Walter lidia con algunas noticias muy perturbadoras, le cuenta a la sobrina de Olivia, Ella (Lily Pilblad), un cuento de hadas que incluye actuaciones musicales de Olivia y del Agente Boyles

El equipo científico del FBI investiga una serie de casos en los que se han extraído órganos vitales a las víctimas. Peter y Olivia empiezan a lidiar con los sentimientos encontrados que han albergado durante los últimos hechos que han vivido.

Un Observador contacta con el equipo científico del FBI para que el ayuden a corregir un error que supuestamente ha sido cometido. Walter se hace amigo de su icono musical, Roscoe Joyce, teclista de su banda favorita, Violet Sedan Chair. Walter se entera del motivo de la separación del grupo, y se da cuenta de que sus vidas se solapan de una forma extraña e inesperada.

En el universo paralelo Falsolivia es secuestrada para realizarle un procedimiento de aceleración del nacimiento de su niño, después de haberse hecho unos exámenes sobre los riesgos de la eclampsia viral. Se revela que el embarazo de Falsolivia fue iniciado por Walternativo con el fin de acceder a la herencia genética de Peter.También se hace evidente el amor que siente el agente Lincoln por Falsolivia. Un observador está al tanto de los hechos.

En el 2026 Peter continúa trabajando para la División Fringe, al igual que Olivia y Ella, Walter se encuentra en la cárcel por ser el responsable de activar la máquina, destruir el otro universo y afectar el propio.Peter crea un agujero de gusano para unir los dos universos y tratar de convencer a La Primera Gente de fusionarse en Unidad. Dos observadores dialogan, diciendo que la gente no recuerda a Peter, pues éste nunca existió.

Sólo una semana después de que Peter Bishop salvara el día y fuera eliminado de la existencia, la tregua entre los dos mundos se mantiene intacta y los dos universos se ven obligados a trabajar juntos. Lincoln Lee se une al equipo Fringe mientras investigan un caso de cambiaformas que es muy personal para él.

Dos jóvenes son encontrados muertos con apenas unas pocas horas de diferencia en avanzado estado de descomposición. El equipo Fringe investiga y descubre una figura amorfa haciendo más víctimas. Walter está cada vez más distraído con su estado mental.

En un esfuerzo por encontrar un camino a casa, Peter viaja al Otro Lado para hacer frente a Walternativo. Sin embargo, su aventura resulta más peligrosa de lo esperado. Mientras tanto, Olivia recibe una premonición extrema de un Observador.

El Observador moribundo va a ver a Walter y Peter, que deben tomar medidas extremas para conocer los secretos que oculta y determinar si él sabe dónde está Olivia. Mientras tanto, David Robert Jones trata de forzar a Olivia a usar sus habilidades torturando a Nina.

A raíz de las recientes e impactantes revelaciones y de los eventos emocionales, Peter sopesa sus opciones de como el equipo Fringe investiga a un asesino cuyo objetivo es el amor.

La División Fringe es llevada a su punto de quiebre ya que, desesperadamente, tratan de evitar una catástrofe que amenaza la vida de todos.

Con el niño observador en manos del equipo, recurren a Nina Sharp para que los ayude a comunicarse con este, pero la ayuda conduce a una devastadora consecuencia.

El equipo finalmente se reúne con Septiembre/Donald, quien les entrega los detalles del plan de Walter para derrotar a los Observadores. Mientras tanto, el capitán Windmark se embarca en un viaje para reunirse con su superior.

Michael es llevado por Windmark a la isla de la Libertad, la cual está fuertemente protegida, donde este último no logra leer la mente del chico. Mientras Michael es examinado, Broyles le revela al equipo donde se encuentra el chico. Olivia sugiere que se le inyecte Cortexiphan para que pueda cruzar al universo paralelo. Después de cuatro dosis para los cuatro cruces, ella encuentra un universo alternativo sin ninguna invasión Observadora y logra reunirse con Lincoln Lee (Seth Gabel) y su versión alterna, ahora casados y esta última dirigiendo la División Fringe. Con tres horas para que el Cortexiphan deje de hacer efecto, Olivia llega a la isla de la Libertad y cruza al universo principal para rescatar a Michael, donde posteriormente vuelve al alternativo donde Lincoln y la versión alterna de Dunham matan a los Observadores que la persiguieron. Después de dejar la isla, Olivia y Michael regresan a su universo. Por otra parte, Septiembre ha construido el dispositivo que le permitirá a Michael viajar al año 2167, pero busca la ayuda de un ex colega, Diciembre, ya que el reactor inicial está defectuoso. Windmark se entera que Broyles ha estado entregando información a la Resistencia.

Sabiendo que los Observadores y los Lealistas siguen a Broyles, el equipo Fringe se ve obligado a cambiar sus planes. Peter se entera que alguien tendrá que viajar con el silencioso Michael para hablar con los científicos que crearon la tecnología Observadora y Walter será quien se sacrificará. Posteriormente, Septiembre decide sustituir a Walter. Diciembre es encontrado muerto en su departamento ya que los Observadores fueron tras él. Como el plan ha cambiado, el equipo tiene que interceptar un envío a través de un agujero de gusano en un puerto, el cual estará custodiada por Lealistas. Peter y Olivia realizan un ataque biológico, el cual incluye varios eventos Fringe del pasado como los vistos en los episodios «The Cure», «The Dreamscape», «Ability», «Snakehead» y «Os», a través de la ventilación del edificio donde Broyles está cautivo y donde se encuentra un reactor bueno. Durante un enfrentamiento para proteger el proceso del plan de los Observadores y los Lealistas, la Resistencia logra activar un agujero de gusano hacia el año 2167. Windmark intenta retenerlos, pero finalmente muere aplastado por dos camiones, debido al Cortexiphan en el cuerpo de Olivia, antes de que se pudiera teletransportar. Como Septiembre comienza a correr con Michael hacia el agujero de gusano, el primero recibe una bala la cual le provoca la muerte, haciendo que Walter tenga que llevar al niño. Como resultado de esto, la línea de tiempo se reescribe y en el año 2015 nunca se produjo la invasión. En la escena final, Peter abre un sobre proveniente de su padre, el cual contiene un tulipán blanco dibujado en un pedazo de papel.

El equipo finalmente se reúne con Septiembre/Donald, quien les entrega los detalles del plan de Walter para derrotar a los Observadores. Mientras tanto, el capitán Windmark se embarca en un viaje para reunirse con su superior.

El Observador moribundo va a ver a Walter y Peter, que deben tomar medidas extremas para conocer los secretos que oculta y determinar si él sabe dónde está Olivia. Mientras tanto, David Robert Jones trata de forzar a Olivia a usar sus habilidades torturando a Nina.

Un Observador contacta con el equipo científico del FBI para que el ayuden a corregir un error que supuestamente ha sido cometido. Walter se hace amigo de su icono musical, Roscoe Joyce, teclista de su banda favorita, Violet Sedan Chair. Walter se entera del motivo de la separación del grupo, y se da cuenta de que sus vidas se solapan de una forma extraña e inesperada.

Una peculiar abducción ocurre en Boston, llevando al equipo Fringe a destapar detalles del misterioso hombre conocido como El Observador. Mientras el estrafalario caso toma protagonismo, Walter, Peter y Astrid analizan evidencias inusuales en el laboratorio, mientras lidian con el insaciable gusto de Walter por los batidos.

A raíz de las recientes e impactantes revelaciones y de los eventos emocionales, Peter sopesa sus opciones de como el equipo Fringe investiga a un asesino cuyo objetivo es el amor.

La aparición de un misterioso cilindro genera comportamientos extraños y revelaciones sorprendentes. Un hombre calvo y sin cejas que ha sido visto en episodios previos habla por primera vez. Walter le cuenta a Peter que en su niñez ocurrió un episodio casi fatal para él.

Con el niño observador en manos del equipo, recurren a Nina Sharp para que los ayude a comunicarse con este, pero la ayuda conduce a una devastadora consecuencia.

La División Fringe es llevada a su punto de quiebre ya que, desesperadamente, tratan de evitar una catástrofe que amenaza la vida de todos.

Michael es llevado por Windmark a la isla de la Libertad, la cual está fuertemente protegida, donde este último no logra leer la mente del chico. Mientras Michael es examinado, Broyles le revela al equipo donde se encuentra el chico. Olivia sugiere que se le inyecte Cortexiphan para que pueda cruzar al universo paralelo. Después de cuatro dosis para los cuatro cruces, ella encuentra un universo alternativo sin ninguna invasión Observadora y logra reunirse con Lincoln Lee (Seth Gabel) y su versión alterna, ahora casados y esta última dirigiendo la División Fringe. Con tres horas para que el Cortexiphan deje de hacer efecto, Olivia llega a la isla de la Libertad y cruza al universo principal para rescatar a Michael, donde posteriormente vuelve al alternativo donde Lincoln y la versión alterna de Dunham matan a los Observadores que la persiguieron. Después de dejar la isla, Olivia y Michael regresan a su universo. Por otra parte, Septiembre ha construido el dispositivo que le permitirá a Michael viajar al año 2167, pero busca la ayuda de un ex colega, Diciembre, ya que el reactor inicial está defectuoso. Windmark se entera que Broyles ha estado entregando información a la Resistencia.

En los últimos segundos antes de la demolición de un edificio, se descubre a un misterioso niño, mudo, que ha estado viviendo solo bajo los cimientos. Cuando la división Fringe del FBI investiga el caso, se forma una conexión mental entre el niño y la agente Olivia Dunham. Mientras tanto, un asesino en serie vuelve a aparecer y muestra su 'arte' enseñando a sus víctimas públicamente. El niño se acomoda a su nuevo entorno, y Olivia con su equipo luchan contra el reloj para evitar que el asesino loco actúe otra vez.