L'armée a reçu un SOS d'une base de recherche située en Arctique, faisant état d'une possible contamination. Deux décès ont été signalés, et une 3ème personne serait infectée. Une équipe médicale du Centre pour le contrôle et la prévention des maladies est aussitôt dépêchée sur place, escortée par le Major Balleseros, du corps de recherche de l'armée sur les maladies infectieuses. Le Dr Alan Farragut prend la tête des opérations, secondé de son ex-épouse, le Dr Julia Walker, avec laquelle il est en froid, et d'une jeune recrue, le Dr Sarah Jordan, secrètement amoureuse de son mentor. Débarqué dans cette base d'une grosse entreprise pharmaceutique, le petit groupe est accueilli par le Dr Hiroshi Hatake. Ils doivent ensemble écarter le danger et surtout déterminer s'il s'agit d'un rétrovirus. Les lieux hébergent pas moins d'une centaine de scientifiques venus du monde entier. Soit de nombreux patients potentiels. Pour Farragut, cette mission revêt un aspect personnel. La 3ème personne contaminée n'est autre que son frère, Peter, lequel l'a trompé avec son épouse quelques années auparavant. En professionnel accompli, il va devoir mettre de côté ses ressentiments pour se concentrer sur sa tâche. Il ne tarde d'ailleurs pas à découvrir que l'objet des secrètes recherches perpétrés dans cet endroit pourrait mettre en péril l'avenir de l'humanité...

Peter a échappé à la surveillance et se balade dans la base. Plusieurs scientifiques sont en état de choc après avoir été agressés par ce patient infecté. Le mal semble décupler sa rage et sa force, et le transformer en quelque chose d'autre. A-t-il perdu la raison ? Ou poursuit-il un but précis ? Alan ne désespère pas de remettre la main sur son frère. Avec son équipe, il tente de comprendre à quoi ils ont à faire. La tâche est d'autant plus ardue, que le personnel semble cacher bien des choses. Notamment sur la nature des recherches effectuées en ces lieux. Doreen a la preuve que Hatake a menti. Quant à Balleseros, quelle est sa véritable implication dans tout ce qui se trame ?

Alan met sur pied une unité de mise en quarantaine pour isoler les laborantins infectés par le virus. Walker et Jordan, de leur côté, étudient la possibilité d'être toutes les deux porteuses de la terrible maladie...

Allen et toute l'équipe tentent de faire avec les secrets, les suspicions qui jettent un peu plus d'huile sur le feu, avec bien sûr toutes les conséquences négatives qui vont avec. Walker de son côté tente de s'accrocher et de survivre au niveau R.

La suspicion et la mort rôdent sur la base. Les membres de l'équipe comprennent enfin que personne n'est vraiment ce qu'il parait être.

Alan et Jordan font des progrès dans le décryptage du virus. Hatake, secrètement arrive à soigner Walker avant qu'un hélicoptère de la compagnie atterrisse sur la base.

Julia semble remise, plus de plaques mais elle a un problème avec sa vision. La compagnie pharmaceutique derrière les essais arrivent sur place. Alan ne leur fait pas confiance mais il doit collaborer avec eux pour récupérer Julia, toujours au niveau R. Anana et Balleseros se dirigent vers la base. Alan sait qu'il y anguille sous roche et ne fait pas confiance à Constance. Il semblerait que Hiroshi et Constance ont la même mutation génétique.

Les agents infectieux attaquent et pénètrent le corps de Peter. Walker est retenu prisonnier par Sutton après que la vérité sur la relation Sutton-Hatake ait été révélée.

Les équipes du CDC apprennent le but réel de l'infection et Alan et Julia font un voyage périlleux pour récupérer l'éprouvette contenant la souche originale du virus.

Victor a quitté le laboratoire en possession du vaccin Narvik. Quand Alan apprend qu'il existe une station satellite à 80 km, Julia et lui s'y rendent dans l'espoir de le retrouver. Sarah fait une importante découverte avant de perdre connaissance.

Après son injection, la tumeur de Sarah semble se réduire. Julia a peut-être trouvé un moyen de détruire le virus Narvik. Tandis que les Vecteurs sont de retour, Hatake cherche à attirer Constance Sutton et son armée de mercenaires dans un guet-apens.

Les non-infectés se cachent dans un bunker secret de la base, alors que le CDC essaye de récupérer les récipients contenant le virus et l'antidote. Les assassins d'Ilaria capturent Hatake et le forcent à choisir lequel de ses enfants ils tueront en premier.

Vision du futur : Alan et Peter capturent Faucille pour savoir où se trouve la mère de Julia. Balleseros confronte Hatake au sujet des petits Inuits disparus. Le virus étant de nouveau entre les mains d'Ilaria, l'équipe quitte la base afin de le retrouver.

15 mois après les événements d'Artic Biosystems, une nouvelle équipe du CDC accompagné du bio-toxicologue Kyle Sommer enquête sur une potentielle épidémie sur Windjammer dans le Nord du Pacifique. Leurs recherches les orientent vers une île occupée par un mystérieux culte mené par le charismatique Michael. Pendant ce temps, 30 ans dans le future, Walker se rend sur la même île pour partir à la rechercher Alan Farragut.

L'équipe du CDC, dirigé par Peter Farragut, doit faire face, à deux cas d'infection. Hélas, l'un des patients, Isaac, reste introuvable. Avec l'aide de Michaël, le maître de l'étrange confrérie, les scientifiques commencent à la fois leurs recherches sur l'agent pathogène et la traque du malade en fuite. Jordan, aperçoit Alan, qui semble appartenir à la secte. Elle parvient à lui parler et lui révèle son secret.

Peter et Jordan quittent la sécurité que leur apporte l'abbaye et n'hésitent pas à prendre des risques pour récupérer des spécimens oubliés. C'est alors qu'ils découvrent ce qui vit dans les bois. Pendant ce temps, soeur Amy ourdit un sombre complot en vue d'éloigner l'équipe de façon définitive. Hatake fait, quant à lui, son grand retour. Il semble avoir totalement perdu pied...

Michael lutte pour garder l'abbaye sous contrôle pendant que l'équipe du centre remonte la piste menant à la source du pathogène. Dans le futur, Walker tente désespérément de fuir son père devenu fou...

En révélant le secret de son frère, Peter les plonge tous les deux dans l'embarras. Pendant ce temps, Kyle est déterminé à agir avec efficacité : il met tout en oeuvre pour placer en quarantaine la ruche et le verger infectés dans le futur. Il résiste également aux multiples tentatives de séduction d'Amy. Quant à Julia, elle se remet de sa fuite avec Caleb...

L'équipe du centre se rend compte que le virus se répand à travers un champignon qui ressemble à celui de la pomme, alors que celles-ci ne semblent pas être touchées. Amy suspecte Michael d'avoir tué Agnès et est dégoutée à l'idée de porter son enfant...

Sur l'île, les choses vont de mal en pis. A son réveil, Alan ne parvient à rassembler que des souvenirs plutôt flous. Il se rappelle simplement avoir emmené Sarah dans une pièce où de sanglantes opérations ont été conduites. De son côté, Michael apprend qu'Amy porte ses enfants et commence à perdre le contrôle de ses disciples. Cependant, Julia découvre l'existence de l'île et décide de s'y rendre...

Les secours arrivent sur l'île pour rapatrier l'équipe du CDC et continuer les recherches sur la source du pathogène. Pendant ce temps, Amy doit affronter les plans de Michael...

Julia Walker et Sergio Balleseros se rendent sur l'île pour découvrir la méthode secrète de Michael. Tandis qu'ils parviennent à l'abbaye, Alan, Kyle et Winger partent en forêt. Ils se lancent à la recherche de l'arbre à sève rouge, appelé «l'arbre qui saigne», qui pourrait constituer un remède efficace contre l'agent pathogène. Leur mission s'annonce donc des plus importantes. Quant à Amy, elle demande à Sarah de lui conférer l'immortalité...

Alors que Kyle est infecté, la course contre la montre pour trouver l'arbre à la sève rouge commence. A l'abbaye, Amy fait un marché avec Julia et Sarah pour obtenir l'immortalité...

Dans le but de conférer le don d'immortalité à Amy, Walker tente de lui implanter le bébé de Sarah. Pendant ce temps, la Navy met en place une stratégie baptisée «Plan B», une solution radicale pour s'assurer que le virus et les personnes infectées ne quitteront jamais l'île. Ils s'apprêtent en effet à y déverser un agent chimique capable de tuer au moindre contact. Peter et Anne, de leur côté, tentent de reconstituer leur communauté dévastée...

Pendant que Kyle et Jordan tentent de s'échapper de l'île, poursuivis par des chasseurs, Walker et Alan recherchent la souche de l'arbre mère pour que Walker puisse mettre fin au plan meurtrier d'Ilaria...

La relation d'Alan et Walker arrive à un point de non-retour alors que les tensions avec son frère atteignent leur paroxysme. Kyle fait son maximum pour protéger une possible cure pour le virus : Soren...