Dans l'univers parallèle, Olivia Dunham est retenue prisonnière et subit un traitement expérimental destiné à remplacer ses souvenirs par ceux de son double. La jeune femme parvient toutefois à s'échapper. Elle n'a alors qu'une idée en tête, regagner son monde. Pour ce faire, elle prend en otage Henry, un chauffeur de taxi.

La division Fringe recherche une mystérieuse boîte qui émet des ultrasons ayant causé la mort de plusieurs personnes. Or, cet objet est également recherché par Newton. Walter, Peter et Nina Sharp se rendent dans les locaux de Massive Dynamic pour la lecture du testament de William. Walter est bouleversé par la découverte de ce qu'il lui a légué.

La division Fringe de l'autre monde enquête sur deux accidents de la circulation étrangement similaires. Olivia, Francis et Lee remarquent la présence d'un stylo à bille sur les lieux des deux drames. Leurs recherches les amènent à soupçonner un handicapé mental ayant subi des expériences qui ont décuplé son quotient intellectuel.

Un sénateur, ami de Broyles, meurt dans un accident de voiture. Lors de l'enquête, Walter s'aperçoit qu'il s'agit d'un métamorphe dont la mémoire est située dans le bas de la colonne vertébrale. Mais Newton engage un autre métamorphe pour récupérer le disque dur. Par ailleurs, Peter trouve le comportement d'Olivia étrange.

Toujours bloquée dans l'autre monde, Olivia est sujette à des hallucinations où Peter tente de la convaincre qu'elle n'appartient pas à cet univers. Elle accepte toutefois de subir les expériences que lui a proposées Walterego. Parallèlement, elle enquête avec la division sur un homme qui aurait été libéré de l'ambre?

La division enquête sur un phénomène étrange qui a provoqué l'amnésie de plusieurs personnes à travers le pays. Elles avaient toutes capté un signal radio dictant une série de nombres en néerlandais. Peter et Olivia rencontrent un libraire qui leur confie un livre évoquant la liste de chiffres diffusés, créée par des "premiers êtres".

La section Fringe enquête sur un enlèvement d'enfant qui semble être l'oeuvre d'un criminel surnommé "L'Homme aux bonbons". Quatre ans plus tôt, ce dernier avait kidnappé le fils de Phillip Broyles pendant deux jours et le jeune garçon était revenu physiquement très diminué. Olivia demande à son père l'autorisation de réinterroger l'enfant.

Lorsqu'elle comprend qu'elle est démasquée, la fausse Olivia s'enfuit et informe Walter-ego de la situation. Pendant ce temps, la vraie Olivia, emprisonnée, tente de convaincre Broyles de l'aider. En proie au doute, il finit par accepter, persuadé que c'est la seule solution pour éviter la guerre entre les deux mondes.

De retour dans son monde, Olivia convainc Broyles de la laisser reprendre du service et se plonge dans une nouvelle enquête : un homme qui avait bénéficié d'une greffe cardiaque a été amputé du coeur. Quand d'autres crimes similaires se produisent, elle s'aperçoit que tous les organes prélevés appartenaient à l'origine à un même donneur.

Le résident d'une maison de retraite affirme avoir reçu la visite de son fils, décédé vingt-cinq ans plus tôt. Les caméras de surveillance ont effectivement filmé le jeune homme, qui se trouvait avec l'Observateur. Walter prend en charge le retraité et découvre qu'il s'agit de Roscoe Joyce, l'ancien pianiste de son groupe préféré.

Dans un hangar, la section Fringe étudie la machine conçue par Walter-Ego et dont les scientifiques n'arrivent pas à comprendre le fonctionnement. Soudain, le sol se met à trembler et Peter commence à saigner du nez. Broyles demande à Astrid d'étudier le journal intime de l'autre Olivia, que Walter surnomme désormais "Fauxlivia".

La division enquête sur la mort d'un scientifique dont les os se sont désintégrés après qu'il a inhalé une mystérieuse fumée bleue. Les premières recherches mènent à un ancien projet de vaccination contre une toxine. L'expérience, qui a été abandonnée, avait à l'époque causé la mort de plusieurs bébés in utero.

Fauxlivia retrouve Frank, son compagnon, parti depuis plusieurs mois pour des raisons professionnelles. Ce dernier ressent chez elle une certaine froideur mais il se décide néanmoins à la demander en mariage. Lincoln, qui dirige la division Fringe depuis la disparition de Broyles, mène une enquête sur un risque d'épidémie par des insectes.

Broyles et son équipe sont appelés au pied d'un immeuble où sept personnes sont tombées simultanément d'un balcon. Il semblerait qu'elles soient passées à travers le sol. Peter apprend que l'édifice est, depuis quelque temps, le théâtre de phénomènes étranges. Walter craint qu'il s'agisse d'un vortex similaire à celui de l'autre monde.