Le Dr Nancy Jaax occupe l'un des postes les plus dangereux au monde en manipulant des virus mortels. Après un accident de laboratoire, elle doit faire face à une possible épidémie d'Ebola sur le sol américain.

Le Dr Nancy Jaax et son partenaire de laboratoire, le Dr Peter Jahrling, doivent prendre les choses en main pour déterminer la source du virus avant qu'il ne se propage ; le Dr Jaax convainc un employé de lui remettre des échantillons prélevés sur des singes infectés.

Lorsque les représentants de diverses agences ne s'entendent pas sur la façon de traiter la découverte du Dr Nancy Jaax, celle-ci se rend compte qu'il existe peu de protocoles en place pour contenir un virus mortel sur le sol américain ; un employé du centre de recherche sur les singes tombe malade.

Un employé du centre de recherche sur les singes tombe malade, ce qui fait craindre au Dr Nancy Jaax que le virus se soit propagé à la population humaine ; Jerry Jaax cherche un moyen de protéger sa femme ; le Dr Wade Carter est obsédé par l'idée d'exposer les dangers d'Ebola.

Le Dr Nancy Jaax travaille sans relâche pour découvrir pourquoi le virus se comporte différemment chez les victimes humaines ; des dangers imprévus surgissent au centre de recherche ; Jaax est forcée de faire un choix entre sa famille et son devoir envers son pays.

Le Dr Jaax prend la relève, mais l'épuisement risque de nuire à la précision nécessaire pour stériliser la menace. La presse arrive, et les voisins prennent conscience du danger qui les guette.

À Boca Raton, en Floride, un homme décède à la suite d'une mystérieuse maladie. L'agent spécial Matthew Ryker soupçonne une histoire autrement plus sinistre : une attaque à l'anthrax par voie postale. Alors que les infections se multiplient, il commence à traquer le tueur avec son équipe. Parallèlement, le microbiologiste Bruce Irvin établit ses propres théories sur le véritable responsable et ne reculera devant rien pour que justice soit faite.

Nouveau cas positif : cette fois au Comcast Building, lorsque le présentateur vedette Tom Brokaw découvre que son assistante vient d'être infectée par une autre lettre. Ryker et le maire de la ville ont un vif échange de mots lorsque l'agent demande de fermer le bâtiment. Au même moment, il subit la pression de ses supérieurs pour trouver le motif de ces attaques. Bruce parle à son thérapeute de ses propres soupçons envers ses collègues.

Capitol Hill est placé sous haute protection lorsque le stagiaire d'un sénateur ouvre une lettre remplie d'anthrax. L'agent Dani Toretti arrive sur les lieux avec sa propre théorie : le tueur est un loup solitaire. Après avoir compris que l'attaque pourrait être plus planifiée que prévue, Dani et Ryker enquêtent sur une épidémie survenue dans un entrepôt des postes. À l'USAMRIID, Bruce commence à se demander sur qui il peut réellement compter.

L'agent Moore tente de trouver la boîte aux lettres utilisée pour envoyer les lettres chargées d'Anthrax pendant que Ryker et Dani sollicitent l'aide de l'inspecteur des postes pour localiser l'endroit où le tueur s'est procuré les enveloppes. Parallèlement, le FBI découvre les anciens penchants de Bruce Ivin grâce au signal d'alarme donné par un ex-collègue à l'autre bout du pays.

Alors que Ryker et Dani commencent à interroger les collègues de Bruce, les médias et le FBI concentrent leur attention sur un nouveau suspect : Mr Z. Après le passage de Bruce Irvin au détecteur de mensonges, l'équipe de Ryker est réaffectée au nouveau programme Amérithrax. Mais Ryker, Dani et Moore ont d'autres plans : continuer à suivre leur piste en secret.

Des recherches nécessaires aux abords d'un étang entraînent un nouveau rebondissement dans l'affaire. La tournure prise par l'enquête malmène les émotions de Bruce. Avec un suspect écarté, Ryker et son équipe sont aidés par une découverte scientifique. Parallèlement, Bruce commence à chanceler sous la pression croissante rendue par le FBI.