4x01 et 4x02 Jeu d’espions partie 1 et 2 / Authorized Personnel Only
Sydney, Vaughn, Jack et Dixon sont surpris lorsque la directrice de la C.I.A., Hayden Chase, révèle l’identité de leur nouveau patron. Au même moment, la réconciliation possible entre Sydney et Vaughn est incertaine bien que Lauren soit morte et Sydney apprend un secret épouvantable sur Jack qui menace de détruire leur rapport. De plus, malgrès les objections de Sydney, son nouveau patron l’associe avec Jack pour traquer un samouraï des temps moderne; la demi-soeur de Sydney, Nadia, est peu disposé à redevenir une espionne depuis qu’elle a appris la vérité sur son père Arvin Sloane; et Vaughn et Jack partagent un lien surprenant concernant le méfait de Jack.

4x03 Cruelle vérité / The Awful Truth
Pour apprendre l'emplacement d’un appareil volé servant à décoder les codes de la NSA, Sydney sous une fausse identité doit convaincre un revendeur d'armes de tomber amoureux d’elle. Pendant ce temps, Vaughn craint que Weiss n’est été tué lors d’une mission et Sydney et Jack se disputent à propos de s’il doivent dire ou non la vérité à Nadia sur la mort de sa mère, Irina.

4x04 Cryo 5 / Ice
Sydney sous la couverture d’une assistante sociale et Vaughn d’un prêtre, sont en mission afin de trouver une nouvelle arme biologique. Parallèlement, Sydney est effrayée lorsque les démons intérieurs de Vaughn refont surface et Nadia cherche à obtenir des informations sur sa mère ,mais Jack se montre peu disposé à lui en donner.

4x05 Le Village / Welcome to Liberty Village
Sydney et Vaughn se font passer pour un couple marié vivant dans une banlieue pour trouver une arme qui pourrait ramener la société à l'âge des ténèbres. Ils découvrent rapidement que "le mariage" créer une tension réelle sur leur relation et que le voisinage pittoresque qu’ils  ont infiltrés n'est pas aussi inoffensif qu'il ni parait…

4x06 Confusion mentale / Nocturne
Sydney est infectée par un hallucinogène potentiellement mortel, qui lui fait perdre peu à peu contact avec la réalité. Vaughn et Jack doivent rapidement trouver un antidote avant que les hallucinations de Sydney, sa paranoïa et son comportement violent ne menacent sa vie et les vies de ceux qui l’entourent.

4x07 Thorine noire / Détente
Tandis que Sydney et Nadia discutent à propos de l'acceptation de Nadia des soucis paternels de Sloane, Sloane s’inquiète pour le bien-être de Nadia quand elle et Sydney vont en misson et prennent l’identité de jeunes héritières riches et irresponsables afin de découvrir l'emplacement d'un produit chimique mortel.

4x08 Face à face / Echoes
Avec la vie de Nadia qui est menacée, Sydney doit tout mettre en œuvre pour éliminer son ancienne rivale, Anna Espinosa. Parallèlement, les démons intérieures de Vaughn refont surface quand, pour aider Sydney à sauver Nadia, il est forcée d'affronter son ancien ennemi , M. Sark.

4x09 Dernier recours / A Man of His Word
Sark consent à aider Sydney et Vaughn à traquer Anna Espinosa, mais seulement après que Vaughn est accepté une demande méprisable de Sark lié au cadavre de Lauren.  Pendant ce temps, Jack s’informe sur le risque pour la vie de Nadia s’il la ranimait prématurément d'un coma pour lui extraire des informations essentielles sur l'emplacement d'Anna.

4x10  Intime conviction / The Index
La théorie de Sydney selon laquelle Sloane essaye de reformer l'Alliance menace sa relation avec Nadia, qui refuse de croire que son père dupe la C.I.A.. Au même moment, Vaughn apprend le premier de nombreux secrets sur son père.

4x11 Service commandé / The Road Home
Tandis que dans une mission en Allemagne, Sydney place par mégarde la vie d'un civil américain en danger et doit faire tout ce qu'elle peut pour qu’aucun mal ne lui soit fait. Jack rend une visite mortelle à un vieil ami et Vaughn découvre des secrets troublants sur son père.

4x12 Cicatrices intérieures / The Orphan
En ne parlant pas de son passé avec un homme qui est maintenant rechercher par l’APO, Nadia place sa vie aussi bien que celles de Sydney et Weiss en grand danger. Au même moment, Vaughn découvre quelqu'un qui a des liens tant avec son père qu'avec Nadia.

4x13 Le fantôme / Tuesday
La vie de Sydney est menacée lorsqu’une mission ne se déroule par comme prévu et Marshall, étonnamment, est le seul qui pourrait être capable de la sauver. De son côté, Dixon est exposé à un pathogène possiblement mortel.

4x14 Contre mission / Nightingale
Sydney et Vaughn risquent leurs vies et leurs carrières en cherchant la vérité sur le père de Vaughn supposément décédé. Dans ce même épisode, il est difficle de savoir pourquoi Jack et Sloane semblent conspirer ensemble contre Sydney et Vaughn et Jack fait face à un choix potentiellement mortel qui changera pour toujours sa vie et celle Sydney.

4x15 Haute-voltige / Pandora
Sydney apprend des nouvelles dévastatrices de sa tante, Katya Derevko, concernant la mort de sa mère, Irina. Parallèlement, Vaughn devient un méchant agent lorsqu’il vole un dispositif afin de l’utiliser comme un outil de négociation pour apprendre la vérité sur son père et Marshall se questionne sur la santé de Jack.

4x16 Sloane et Sloan / Another Mr. Sloane
Sydney doit s'allier avec Sloane pour attraper l'homme qui se fait passer pour lui. Mais lorsqu’ ils découvrent ce que l'imposteur recherche, Nadia commence à s’inquiéter que son père soit tenté de renouer avec une obsession passée.

4x17 En sursis / A Clean Conscience
Sydney et Nadia sont choquées de découvrir que Sophia, la responsable de l'orphelinat qui s'est occupée de Nadia lorsqu’elle était enfant, a été sévèrement battu. Sloane, quant à lui, craint pour la vie de Nadia quand il apprend pourquoi elle a été agresser. Au même moment, Dixon est fait face à un dilemme moral qui pourrait changer sa vie alors qu’il est en mission avec Vaughn et le docteur de Jack donne un conseil à son patient souffrant.

4x18 Rêve empoisonné / Mirage
Sydney est choqué lorsqu’elle découvre que Jack est gravement malade et qu'il n’a pas voulu lui dire. De son côté, la femme s’étant occuper de Nadia à l’orphelinat, Sophia continue sa convalescence à l'appartement de Sydney

4x19 L'orchidée sauvage / In Dreams...
L'homme mystérieux qui se fait passer pour Sloane refait surface et cette fois il est sur la trace de Rambaldi. Pendant ce temps, des révélations choquantes sur le véritable Sloane sont dévoilées, amenant les membres de l’APO à se questionner sur ses véritables intentions.

4x20 De Charybde... / The Descent
Après avoir appris la vérité sur Sophie, la personne s’étant occuper de Nadia durant son enfance, l’APO tente de la retouver tandis que la vie d'un agent est menacée. Parallèlement Sydney et Nadia se questionne sur la  loyauté de Sloane maintenant que son obsession avec Rambaldi semble s’être renouvelée, Jack a une réunion troublante avec Katya Derevko et Vaughn demande à Jack une question étonnante et importante. 

4x21 En Scylla / Search and Rescue
Découvrant qu'Irina Derevko est toujours en vie, Sydney, Jack et Nadia mettent en place un plan afin de la retrouver et ainsi empêcher Elena Darevko de mettre en place le projet final de Rambaldi. Pendant ce temps, l’état de Dixon s’aggrave.


4x22 Il Diluvio / Before the Flood
Sydney, Jack, Irina, Vaughn et Nadia sont les seuls à pouvoir sauver le monde des effets catastrophiques du projet final de Rambaldi mis en place par Elena Derevko. Entre temps, la prophétie de Rambaldi concernant Sydney et Nadia est sur le point de devenir réelle, les véritables allégeances de Sloane sont révélées et Vaughn pose une question importante à Sydney.