宇宙飛行士のモリー・ウッズ(ハル・ベリー)は、13ヵ月間の単独任務を終えて夫ジョン(ゴラン・ヴィシュニック)とアンドロイドの息子イーサン(ピアース・ガニォン)の元へ戻ってくる。地球での生活に慣れようとするモリーだったが、ありえない妊娠がモリーたち家族の生活を一変させていく。
モリーは妊娠の謎を解明しようと、自殺したと思われていた同僚の男性について調査をする。すると、彼も宇宙でモリーと似たような不可解な経験をしていたことが判明する。
モリーの幻覚は次第に悪化していき、ついにモリーはジョンに真実を告げることに。一方、イーサンが通う学校では、彼をよく思わない親たちとの間で問題が起きていた。
隔離から逃れるため、モリーはジョンとイーサンを連れて、島で暮らす父親に助けを求める。しかしISEAの部隊が彼らの居場所を突き止め、イーサンの身に危険が及んでしまう。
病院で目覚めたモリーに妊娠した形跡はなく、ジョンはモリーの精神状態に疑いを抱き始める。一方、島でのシャットダウンから昏睡状態に陥ってしまったイーサンのため、ラボでは懸命な復旧作業が続けられていた。
夢を見るようプログラムされていなかったイーサンが悪夢を見る。その夢は、モリーの妊娠とISEAが隠そうとする秘密に、不気味なほど関連性があるものだった。
モリーは奪われた赤ん坊が生きていることを確信し、取り戻す計画を立てる。一方、イーサンの知能は驚くほどの速さで進化していく。
ISEAのスパークス(マイケル・オニール)が、幻覚にそそのかされて赤ん坊を連れ去ってしまう。モリーはジョンの研究の出資者であるヤスモト(真田広幸)と手を組んで、赤ん坊を取り返そうとする。
家族を救うため“子孫”を捜し出すことになったモリーは、家族と“子孫”の交換をヤスモトに持ちかける。そしてヤスモトは、闇に隠された自らの秘密を語り始める。
モリーはついに我が子と対面するが、同時に地球に危機が迫っていることを知る。モリーが宇宙へ行くことを決意したとき、イーサンはテロを企む男の手中に落ちていくのだった。
謎の生命体が地球に飛散するのを阻止するため、モリーは再び宇宙へ飛び立つ。モリーは命の危機にさらされ、ジョンは必死で家族を守ろうとする。その時、イーサンが下した決断とは…。
家族を失って人生が崩壊し、精神科病院に収容されていたモリーは、彼女にだけ理由が分かる異様な殺人事件を調べるために、病院を脱走する。そして事件を担当する捜査員のJD・リクターと出会う。
モリーとJDは不可解な症状に苦しむ妊婦と出会うが、その時モリー自身も謎の病に苦しんでいた。一方、ジュリーは反抗するイーサンに手を焼いていた。
モリーは、ハイブリッドの息子に関して恐ろしい事実を知らされる。一方ジュリーは、イーサンから母親モリーに関する記憶を消すが、かえって厄介な結果を招いてしまう。
ハイブリッドを滅ぼすウイルスの開発に取り組んでいたモリーは、ハイブリッドのDNAに隠されたあるメッセージを発見した。一方、ルーシーはイーサンが母親に関する真実を調べる手助けをする。
イーサンが生きていると知ったモリーは、どんなことをしても彼を見つけ出し、守ろうと誓う。一方、JDはジョンの不審な死を調べ、ジョンを死に追いやった犯人を見つけ出そうとする。
モリーは病状が悪化し、自分の行動が制御できなくなっていくが、すぐにその原因を突き止める。一方、JDは予期せぬ妻の訪問を受ける。
新たな事実を知ったモリーとJDは、ハイブリッドと交渉するようシェパードに訴える。しかし交渉の代わりに、ヒューマニック軍がハイブリッドの隠れ家を急襲する。
死が迫るモリーは、イーサンの昔の記憶が蘇るよう、彼のためにビデオを用意する。一方、ジュリーとチャーリーはヒューマニックの致命的な欠陥に、必死で対処していた。
モリーは臨死体験をした後、幻覚に悩まされる。その間にルーシーはますます危険な存在になり、シェパードは新たな情報をモリーに教える。
モリー、JD、イーサンはジョンの元同僚を発見した。彼がヒューマニックを止める鍵かもしれないのだ。一方、ジュリーとチャーリーは誰がルーシーに指示をしているのか突き止めようとする。
モリーがシェパードの死の恐るべき真相をGSCに知らせる間に、ルーシーは人間とハイブリッド双方を全滅させる攻撃を仕掛けて来た。モリーとJDは必死でそれを阻止する。その攻防でルーシーは衝撃の事実を知り、自分の献身が報われるのか疑問を抱く…。胸が締め付けられるシーズン最終話。