W serialu splatają się losy Agentki FBI Olivii Dunham, doktora Waltera Boishopa i jego syna Petera. Cała trójka wspólnie prowadzi niewyjaśnione sprawy z pogranicza nauki. Choć w zespole pierwsze skrzypce gra ambitna agentka Olivia, niewiele zdziałałaby bez wybitnego naukowca Waltera Bishopa. Doktor nauk ścisłych, przez wiele lat przebywał w szpitalu psychiatrycznym. Został oskarżony o postradanie zmysłów, gdy ten uwierzył w zjawiska paranormalne. W końcu został uwolniony w zamian za pomoc w rozwiązywaniu "nietypowych" śledztw prowadzonych przez FBI. Syn Waltera - Peter, równie inteligentny co ojciec, pozostaje sceptyczny wobec rozwiązywanych spraw i postępowania swojego ojca.
Olivia nadal jest opętana przez Williama Bella.Walter podejrzewa, że jeśli w ciągu najbliższych godzin nie zdoła przywrócić jej świadomości, nigdy nie odzyska już własnej tożsamości. Odkrywa, że agentka nie zdaje sobie nawet sprawy z zagrożenia. Bishop wpada na pomysł, by przeprowadzić eksperyment z wykorzystaniem hipnozy.
W równoległym wszechświecie Walternate tworzy specjalne serum z krwi Fauxlivii i DNA Petera Bishopa, a następnie używa je do uruchomienia maszyny zagłady. W świecie pierwotnym skutkuje to wieloma nietypowymi wydarzeniami. Zespół odkrywa, że ich wersja urządzenia samoistnie się uruchomiła. Walter podejrzewa, że muszą być ze sobą połączone. Wspólnie z synem zastanawia się, jak powstrzymać proces destrukcji.
Rok 2036. Wybudzeni z bursztynu Walter, Peter i Astrid wraz z dorosłą córką Olivii, Henriettą, poszukują jej matki. Według Waltera, Olivia jest w posiadaniu urządzenia mającego pomóc mu odtworzyć plan pokonania Obserwatorów zaszyfrowany w jego umyśle. Plany krzyżują im Obserwatorzy, którym udaje się pojmać doktora Bishopa. Oddział Fringe decyduje się odbić przyjaciela.
Po tym, jak Obserwatorzy usunęli Walterowi z pamięci plan ich zniszczenia, cały zespół zastanawia się co dalej. Olivia wpada na pomysł odnalezienia notatek dr Bishopa, gdyż miał on w zwyczaju wszystko katalogować. W tym celu dywizja Fringe musi udać się na uniwersytet Harvarda, który aktualnie jest tajnym laboratorium Obserwatorów.