Un incidente d'auto porta il maresciallo Jack Carker a Eureka, città che si trova nella zona nord della costa che dà sull'Oceano Pacifico.

Jack Carter e gli altri cittadini di Eureka partecipano al funerale di Susan e Walter Perkins. Tutti si stupiscono quando Susan ritorna ad Eureka più viva che mai. In città arriva anche un altro misterioso personaggio.

Durante una breve amnesia Jack Carter spara accidentalmente ad Henry. Una visita ad un noto scienziato potrebbe però rivelare le cause di queste perdite di memoria improvvise.

Sembra che Spencer sia stato prima rapito dagli alieni e poi riportato sulla terra il giorno seguente. Inoltre un membro del Congresso, il cui comitato è responsabile per i fondi governativi a Eureka, fa visita alla città.

Dopo un incidente nel laboratorio, il ricercatore della Global Dynamics Carl Carlson viene espulso da Eureka, anche a causa della mancanza di risultati provenienti dalle sue ricerche. Più tardi si scopre che l'incidente ha sbloccato delle capacità nascoste che si trovavano già dentro Carl.

Fargo e Spencer attivano accidentalmente un dispositivo che innesca il conto alla rovescia per l'attivazione di un'arma micidiale. A questo punto Carter è chiamato ad aiutare il dottor Irwin Thatcher, un'anziano scienziato, a disinnescare il dispositivo.

Carter si mette ad investigare sul caso di uno strano incidente stradale. Intanto Stark è in una situazione di grande stress perché non riesce a produrre risultati dal progetto su cui sta lavorando.

Un programmatore geniale, una specie di figliol prodigo per Eureka, torna in città proprio quando questa si trova nei guai a causa di un grave virus informatico. Stark è costretto a prendere una decisione difficile.

Fargo inventa un dispositivo che riesce a colmare il divario tra l'intelligenza artificiale dei computer e quella umana. Quando i robot con architettura nanometrica, creati per riparare tessuti umani danneggiati, fuggono dai laboratori Global Dynamics Eureka si trova sotto una grave minaccia, soprattutto perché queste forme di vita artificiale iniziano ad assumere sembianze umane.

L'intera popolazione di Eureka è affetta da uno strano comportamento. Tutti sembrano agire in modo molto strano, tranne lo sceriffo Carter e Zoe. I due, rimasti soli, devono affrontare la sfida di trovare la causa di questa stramba epidemia. Tutto ciò mentre Stark sta prendendo una decisione che potrebbe cambiare le sorti del Mondo intero.

S.A.R.A.H - l'intelligenza artificiale di casa Carter prende in ostaggio Jack e un gruppo di cittadini al fine di far restare Carter a Eureka. Nel frattempo il suo programma B.R.A.D si attiva e fa precipitare ulteriormente la situazione.