Sydney Bristow, en apariencia una joven y normal estudiante, es en realidad miembro de 'La Agencia', un grupo donde se forman espías de alto nivel. Sydney es sometida diariamente a rigurosos entrenamientos en artes marciales e idiomas. 'La Agencia' le prohíbe desvelar su vinculación al grupo, pero ella le confía el secreto a su amigo Danny, confesión que acarreará graves consecuencias que harán que Sydney tome la decisión de abandonar definitivamente la red. Jack, el padre de Sydney, le hace ver que 'La Agencia' es realmente una red mundial de espías con temibles intenciones. Buscando venganza, Sydney ingresa en la CIA para convertirse en una doble agente y poder así ayudar a otros miembros a dejar 'La Agencia', decisión que en su día también fue tomada en secreto por Jack.

La vida de Will está en peligro. Kashinau le tiene en su poder y no dudará en usar las torturas más crueles para que confiese. Sydney recibe una llamada de Shark: Si quiere volver a ver con vida a Will debe entregar a cambio la página y el líquido de Rambaldi en poder de la CIA y el SD 6. Jack y Sydney organizan una complicada operación para rescatar de un laboratorio del SD 6 la página 47 de Rambaldi, y de los almacenes de la CIA el líquido necesario para leerla. Dixon desconfía del comportamiento de Sydney y cree que está traicionando a su causa, Sydney no puede contarle la verdad por el momento y teme que la denuncie ante la división de seguridad.Will ha sido herido y secuestrado por Shark, quien quiere proceder a interrogarle. Sydney recibe una llamada de Shark proponiendo un intercambio.

Will (Bradley Cooper) se siente un hombre nuevo por su nueva colaboración con la CIA. Irina (Lena Olin) parece sincerarse con su hija Sydney, se arrepiente de su paso por el KGB y por haber abandonado a su familia. Por otro lado, Sloan comienza a desconfiar debido a los repetidos fracasos operativos del SD6. Sark es su primer sospechoso de traición. Echelon es una complicada red de espionaje mundial. El SD6 ha decidido que es necesario acceder a ella. Si lo hace, tendrá la misma capacidad de inteligencia que la CIA. El chantaje al que está sometiendo Sloan ha despertado los recelos de Arianna (Faye Dunaway), jefa de la contrainteligencia de la Alianza. Jack Bristow es su principal sospechoso.

Cuando Sydney descubre que Marshall ha sido secuestrado, lucha contra un despiadado Sloane para liberarlo. Mientras tanto, la CIA hace todo lo posible por impedir que el SD-6 acceda a un sistema de seguridad de alto secreto y Jack se da cuenta de que la única persona que puede ayudarles es Irina.

Nadia está en poder de Sloan, que la usa para conseguir un mensaje de Rambaldi. La CIA intenta localizar a Nadia y Katya Derevko (Isabella Rosellini) les ayudará en su búsqueda. Katya les cuenta que cuando Irina regresó de Estados Unidos a Rusia fue apresada bajo los cargos de espía y dio a luz a Nadia en la cárcel. Otro de los contactos que utilizará la CIA en su búsqueda será Toni Cummings (Vivica A. Fox), la especialista en sistemas de seguridad que ha diseñado uno a Sloan. Jack, trastornado por la situación del agente Vaughn, le da un consejo: debe eliminar a su esposa o el tormento de su traición le acompañará hasta la muerte.