ある2人の男の研究が発端となり、新薬の開発を目指し立ち上がったプロジェクト・ノア。開発を急ぐ研究者たちは被験者として10歳で母を失った少女エイミーに目をつける。エイミーを連れてくるよう指示された元特殊部隊のウォルガストは早速確保に向かうが、異変を感じ取ったエイミーは逃げ出してしまう。

リチャーズの追跡を振り切ろうと必死で逃げるウォルガストとエイミー。銃撃戦でケガを負ったウォルガストは、昔なじみのある人物に助けを求めることにする。一方、プロジェクト・ノアではカーターの臨床試験が始まっていた。事態の成り行きを危惧するジョナスはプロジェクト誕生のきっかけとなった出来事に思いをはせる。

プロジェクト・ノアでは職員を襲ったバブコックの処置が問題になり、ファニングにそそのかされた彼女はリチャーズに自らの身の上を伝えようとする。ウォルガストとエイミーは、ついにテルライドに移送されてきた。エイミーの部屋で一緒に過ごせることになったウォルガストは隣に自分が連れてきた男がいることに気づく。

カーターの悪夢は日に日に悪化していた。それを察したエイミーは自分もそうなるのかと不安がるが、その様子を見たウォルガストは一計を講じる。一方、ジョナスはファニングと被験者たちの脳の動きに目をつけ、悪夢が彼らと無関係ではないと気づく。同じ頃、リチャーズの部下のポールソンに異変が起きる。

ポールソンの一件を受けて、リチャーズの上司であるギルダーがプロジェクト・ノアにやってくる。彼はエイミーの能力を兵器に利用しようと考えていた。そんなギルダーにペットは被験者を操る方法があると話す。一方、カーターの血を浴びてしまったジョナスは、感染していた場合に備えて自ら収容室へ入ることを決める。

プロジェクト・ノアからウィンストンが脱走し、リチャーズたちは対応に追われる。ウォルガストが母の形見の本を捜してくれないことに腹を立てたエイミーは反抗的になり、ウィンストンの捜索を手伝うと申し出る。一方、ジョナスは、アルツハイマー病から目覚め不思議がるエリザベスに全てを打ち明けようと決心する。

ギルダーの策略で拘束されたウォルガストとライラは、何とかエイミーの元へ戻ろうとする。同じ頃、プロジェクト・ノアではギルダーが新たに責任者に指名されていた。リチャーズは危機感を抱きながらウォルガストたちの捜索に赴く。一方、ジョナスはサイクスと共にエリザベスを治す方法を懸命に模索していた。

ついにファニングと対峙するエイミーだったが、現実の世界では彼女の体に異変が起こっていた。ギルダーはそんなエイミーを4Bへ移そうとし、サイクスと衝突する。サイクスは新たな抗ウイルス剤の開発を思いつくが、セキュリティーの変更でラボに行けなくなってしまう。リチャーズは設定を変更した男を捜し出そうとするが…

4Bでは感染者たちが暴れ出すが、エレベーターが動かなくなり、取り残された者たちは逃げられなくなる。地上にいるリチャーズたちの働きで何とかエレベーターの稼働には成功するが、逃げる途中でライラが襲われてしまう。ウォルガストはラボに閉じ込められたサイクスを救出し、抗ウイルス剤を地上へ届けようとする。

プロジェクト・ノアでは、惨状を目の当たりにしたジョナスが自ら死を選ぼうとしていたが、そんな彼の前にレイシーが現れる。一方、プロジェクト・ノアから脱走した感染者たちのせいで、アメリカはウイルスに侵されていく。ジョナスに抗ウイルス剤を託されたウォルガストたちはCDCを目指したもののたどり着けずにいた。