Una donna bellissima, senza ricordi del suo passato, viene ritrovata nuda a Times Square con il corpo completamente coperto di intricati tatuaggi. La sua scoperta scatena un vasto e complesso mistero che suscita subito l'attenzione dell'FBI.

Il team decifra un tatuaggio criptico che punta al maggiore Arthur Gibson, un pilota dell'Air Force con un passato doloroso e un'agenda letale. Jane continua a cercare indizi sulla sua identità e lampi di un ricordo inquietante la costringono a mettere in discussione il suo passato.

Una famosa banda di ladri riesce quasi a compiere la rapina perfetta, ma uno di loro, con un tatuaggio Navy SEAL identico a quello di Jane, viene catturato. Quest'uomo riuscirà a riconoscere Jane? Nel frattempo, Jane riceve la visita del misterioso uomo barbuto.

Patterson e il suo fidanzato esperto di enigmi, David, decodificano un indizio sui tatuaggi che porta la squadra al centro per il controllo delle malattie. Lì, il team scopre un messaggio segreto sul corpo di Jane che rivela una trama con conseguenze catastrofiche.

Una situazione di ostaggi apparentemente semplice risulta in realtà avere profonde implicazioni internazionali. CIA e FBI si scontrano per catturare lo stesso criminale. Carter esprime preoccupazione per l'affidabilità di Jane, causando attrito con Mayfair e mettendo in discussione la fedeltà di Reade alla squadra.

Quando un assassinio porta ad un'app pericolosa che consente ai criminali di controllare i veicoli del governo, la squadra deve lavorare con il creatore di questa app. Jane e Weller cercano di mantenere il loro rapporto professionale. Zapata lotta con un problema morale.

Uno dei tatuaggi di Jane mette la squadra faccia a faccia con un pericoloso criminale in un caso che mette a dura prova lo strano rapporto tra Jane e Weller e minaccia di esporre i segreti di Mayfair.

Dopo che un poliziotto viene ucciso, Patterson scopre un tatuaggio inquietante che sembra la profezia della sua uccisione. La squadra segue un indizio per fermare ulteriori attacchi. Mayfair rivela i segreti del suo passato a Weller, mettendo a dura prova la loro relazione.

Jane e Weller vanno sotto copertura come una coppia di assassini di prim'ordine per impedire che informazioni mortali cadano nelle mani sbagliate. Nel frattempo, David si imbarca in una missione solitaria per riconquistare Patterson. Carter si scontra con Mayfair su come gestire un individuo pericoloso.

Quando un gruppo di spie dormienti diventa operativo, la squadra entra in azione per fermare una lunga sequela di omicidi.

Jane è sconvolta in seguito a una serie di enormi rivelazioni sui suoi tatuaggi e non sa più se fidarsi di Oscar. Nel frattempo, un tatuaggio porta la squadra a una scoperta sconvolgente nel Mar Nero.

Quando un veterinario disturbato mentalmente a causa della guerra in Iraq spara in una base militare, il team pensa a un complotto. Quando Jane e Weller corrono per fermare uno scienziato solitario, Jane ricorda il proprio passato militare misterioso e contempla un nuovo rapporto con Oscar.

Dopo aver scoperto che c'è una talpa all'interno dell'ufficio di New York dell'FBI, la squadra deve darle la caccia sotto lo sguardo indagatore dell'ispettore Fischer. C'è il rischio che vengano allo scoperto i segreti più ascosti e ognuno è un potenziale sospetto, ma alcuni, e soprattutto Jane Doe, hanno qualcosa in più da nascondere.

Una soffiata anonima porta la squadra a indagare su un caso urgente nel braccio della morte, mandando Zapata sotto copertura. Quando si ritrova a un passo dall'essere scoperto, Jane considera l'idea di lasciare l'FBI.

Quando un dipinto con uno dei tatuaggi di Jane viene portato via da una galleria d'arte, la squadra scopre che Jane è il vero obiettivo. Per proteggere il suo team, lei svanisce nel nulla.

Quando viene rubato un camion blindato, la squadra scopre che conteneva armi chimiche e che deve fare in fretta per sventare un complotto terroristico. Nel frattempo, Jane è alle prese con la memoria confusa di Weller, mentre si avvicina sempre più a Oscar. Intanto Patterson riceve una telefonata da qualcuno del suo passato.

Quando Patterson scopre un messaggio nascosto nel cruciverba del New York Times, si imbarca in una caccia al tesoro che la mette in pericolo. Oscar fornisce a Jane altre informazioni sul suo conto e Weller chiede l'opinione di suo padre su chi ha rapito Taylor Shaw.

Per catturare un criminale internazionale pericoloso, Jane e Weller sono costretti a collaborare con l'unica persona che incontrerà: il loro ex bersaglio, Rich DotCom. Jane deve decidere se rischiare di colpire Weller obbedendo a un ordine discutibile di Oscar.

Quando in una scuola si scatena una sparatoria durante l'indagine su un tatuaggio, la squadra si divide per abbattere il colpevole. Mayfair affronta alcuni problemi del suo passato.

Una misteriosa ragazza collegata al mondo dei tatuaggi incorre nelle attenzioni di Borden, che porta il suo caso al tea... ma i suoi legami con un'organizzazione terroristica si rivelano pericolosi per tutti loro. Nel frattempo, Jane si avvicina sempre più a Weller, e nasce un'amicizia tra Borden e Patterson.

Degli hacker criminali riescono a penetrare la sicurezza di un edificio dell'FBI, causando il blocco di tutte le operazioni mentre la squadra è intrappolata all'interno. Dopo qualche ora vissuta in spazi ristretti, si accendono dei conflitti personali all'interno del team.

Quando viene trovato un bambino abbandonato con un tatuaggio identico a quello di Jane, la squadra ricostruisce l'identità del bambino. Una Jane furiosa affronta Oscar sull'esito delle sue missioni segrete.