5x01 Prophet Five
Après avoir appris que l'homme elle a connu comme Michel Vaughn est soupçonné d'être un agent double, Sydney commence à se questionner sur leur rapport professionnel et personnel qu’ils ont eu au cours des années et à penser que leur relation n’a été qu’un mensonge.

5x02 ...1...
Sydney s'associe avec Renée, l’une des fugitives les plus rechercher de la C.I.A. ,pour traquer le meurtrier d'un ami proche avant que le tueur ne puisse frapper de nouveau.

5x03 The Shed
Sydney se voit contrainte de faire équipe avec un nouvel agent de l’APO, Thomas Grace. Durant leur mission, ils découvrent que Rachel Gibson, une espionne soupçonnée d'implication dans des activités contre les États-unis, à un lien commun et troublant avec Sydney. Pendant ce temps, Dixon doit accompagner Sloane, qui a été libéré pour une période de 48 heures de la prison afin d’acquérir un remède possible pour sa fille, Nadia.

5x04 Mockingbird
La vie de Sydney est menacée lorsque Gordon Dean découvre que Rachel c'est-à-dire Mockingbird, est toujours vivante. Parallèlement, Sloane attend le résultat de sa sentence.

5x05 Out of the Box
Sydney et Tom découvrent que Renée a volé un conteneur de type cryogène. Ils sont menacée par des mercenaires qui veulent ce que contient le conteneur. Au même moment, Sloane utilise tout les moyens dont il dispose pour se faire rétablir dans APO et ainsi continuer sa recherche pour trouver un remède pour sa fille Nadia.

5x06 Solo
Sydney doit guider Rachel qui est très nerveuse et angoissée alors qu'elle doit faire sa première mission en solo. De son côté, Sloane doit décider s'il doit ou non trahir la confiance qu'il  a récemment gagné avec APO en honorant son accord avec Gordon Dean.

5x07 Fait Accompli
Sydney et l'APO essayent de découvrir pour qui travaille Gordon Dean. Pendant ce temps, un groupe prétendant avoir un traitement pour Nadia, continue de jouer Sloane qui tente de garder le contrôle.

5x08 Bob
Après que Rachel ait compromis par inadvertance une mission, elle et Sydney sont forcés de faire équipe avec Julien Sark afin d'empêcher qu'une bombe mortelle tombe entre les mains d'un dangereux mercenaire.  Pendant ce temps, après avoir été capturé,  Jack et une ancienne amoureuse, une agente du MI-6 , combattent  afin de sauver leurs vies.

5x09 The Horizon
Sydney retrouve Vaughn après avoir été enlevé et après avoir été mis dans un état hypnotique afin de connaître des informations qui se trouve quelques part enfuies dans les profondeurs de son esprit. Mais à l'insu de Sydney, son ravisseur est un visage familier qui a des intérêts en ce qui concerne le futur de Sydney et le futur de son enfant à naître.

5x10 S.O.S. / 5x11 Maternal Instinct
Jack invite l'ancien agent Weiss et l'équipe de l'APO à se porter au secours de Sydney après avoir reçu un appel de détresse de sa part. Mais Jack croit qu'une plus grande conspiration est en jeu ce qui pourrait contrecarrer leurs tentatives pour la sauver. Parallèlement, les actions soupçonneuses de Tom suggèrent qu'il a des intentions cachées, Irina Derevko fait équipe avec Jack et une Sydney très enceinte dans une mission pour trouver "l'horizon", mais les véritables allégeances d'Irina sont inconnues et Devlin soupçonne l'existence d'une taupe à l'APO.

5x12 There's Only One Sydney Bristow
Le congé de maternité de Sydney est écourté lorsqu'elle apprend que Will a été enlevé par Anna Espinosa. De son côté, Sloane est sur le point d'obtenir un traitement pour sa fille, Nadia.

5x13 30 seconds
Sloane est affligé lorsqu'il apprend que le traitement Prophet Five pour sauver Nadia pourrait la tuer. Pendant ce temps, on continue de rechercher Anna Espinosa, la prophétie de Rambaldi concernant la page 47 refait surface et Sydney offre à Renée un poste à l'AP>O.

5x14 I see dead people
Sydney doit se battre contre son ennemie, Anna Espinosa, lorsqu'elle découvre qu'une mystérieuse puce implantée en Renée est liée à Vaughn. Sloane est au prise avec des visions fantomatiques alors qu'il travail pour Prophet Five.

5x15 No Hard Feelings
Sydney doit travailler sous couverture et s'associé avec Sark pour trouverl'indice final de Rambaldi avant que Prophet Five ne le découvre. Parallèlement, Vaughn voit sa fille, Isabelle, pour la première fois, et Rachel découvre le secret de Tom

5x16 Reprisal
Sloane prend Marshall et Rachel en otage afin de découvrir un indice crucial au plan final de Rambaldi. Sydney, Vaughn et l'APO tente de l'en empêcher.

5x17 All the Time in the World
Sydney et Jack doivent trouver une façon d'empêcher Irina et Sloane de mettre en place le plan final de Rambaldi.