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En 1947, à peine Peggy Carter a-t-elle enfin arrêté Dottie Underwood qu'elle est envoyée à Los Angeles rejoindre l'équipe de Sousa pour une nouvelle enquête : une femme a été retrouvée assassinée, faisant le lien avec une série de meurtres, mais cette fois, le corps est piégé dans l'eau gelée d'un lac. Carter retrouve Edwin Jarvis pour l'héberger et l’aider dans l'affaire.

Les alliés de Chadwick voient d'un mauvais œil l’enquête de la SSR et vont fermer Isodyne. Peggy parvient alors à convaincre le Dr Wilkes de révéler le grand secret du laboratoire, qui fascine tant le futur sénateur et sa femme, Whitney Frost.

Peggy veut découvrir les secrets d'Isodyne et l'élément zéro. Howard Stark se penche donc sur les découvertes et apporte sa notoriété pour ouvrir les portes du club de dirigeants qui complote avec Chadwick, déjà au travail pour étouffer l’affaire.

Whitney Frost ne se montre plus en public, sa cicatrice au front devenant de plus en plus grande à mesure qu'elle tue grâce à l’élément zéro, aussi préfère-t-elle se consacrer au contrôle de ses capacités. Peggy la recherche pour comprendre l'état de Wilkes et trouver un moyen de le ramener à un état tangible. Avec Jarvis, elle retrouve Rufus Hunt, l'homme qui l’a agressé, devant le bureau de vote de Chadwick et parvient non sans mal à le kidnapper. Sousa les surprend mais les couvre et participe à l’interrogatoire.

En entrant en contact avec un morceau d'élément zéro du corps de Jane Scott, le Dr Wilkes parvient à se connecter à elle, redevenir brièvement tangible et localiser l'emplacement de son corps. Quand Peggy s'y infiltre avec Jarvis, ils surprennent Frost et Chadwick, venus pour la même raison. Mais l'appétit de l’actrice pour l'élément zéro devient grand et elle veut reproduire le test nucléaire effectué par Roxxon pour essayer de recréer de l’élément zéro.

Wilkes se sent attiré par la faille créée par l'élément zéro et conçoit donc une chambre de confinement pour le maintenir, mais il a besoin d'élément zéro pour être tangible et la construire. Carter doit donc approcher Whitney Frost mais trop affaiblie par sa blessure, elle prend le risque de faire évader Dottie Underwood et de l'envoyer à sa place lors d'une réception de Chadwick, sous la surveillance de Jarvis. Underwood surprend alors une réunion du Conseil, au cours de laquelle Chadwick tente de piéger Frost.

Frost et le Conseil montent une couverture pour les morts des autres membres du Conseil, que la SSR refuse de croire. Frost fait de Manfredi son homme de main. Grâce à Ana Jarvis, Wilkes finalise sa chambre de confinement qui lui permet de redevenir tangible, une solution temporaire. Masters commence à interroger en vain Underwood, et Frost l'envoie récupérer l'uranium de Roxxon pour l’interroger elle-même et la torturer avec ses pouvoirs.

Ana survit à la balle mais elle ne pourra jamais avoir d'enfant. Frost veut convaincre Wilkes de participer au nouveau test nucléaire afin de créer à nouveau de l’élément zéro et contrôler ses pouvoirs. Carter et Sousa proposent d'échanger Wilkes contre l'uranium, ce que Frost accepte, mais Carter lui donne de fausses barres d'uranium et se fait démasquer. Wilkes se retourne alors contre Carter, maintenant qu'il maitrise mieux son état, et veut lui aussi l'uranium, retenu dans un coffre de la SSR. Frost charge Masters de récupérer le métal ; Thompson surprend la conversation et tente de le retenir.

Carter et Jarvis s'échappent pendant que Sousa et Thompson retournent à la SSR. Manfredi cache Frost dans une usine abandonnée, où elle pourra tenter de récupérer l'élément zéro du corps de Wilkes. Thompson convainc Masters de se retourner contre Frost et utiliser le canon gamma pour elle, avant d'aller à la rencontre de Frost et lui révéler la trahison de Masters. Il souhaite en fait tuer Frost, Wilkes et Masters dans leur repaire, et retarde Carter et Sousa qui pourrait l'en empêcher.

Wilkes est dorénavant redevenu normal et n'a plus aucune tracé d'élément zéro dans son organisme. Whitney par contre est devenue puissante. Sousa, Carter et Jack pénètrent dans l'usine et s'enfuient avec le scientifique qui est mal en point pour être sauvé par Jarvis et Howard Stark qui emboutissent Whitney avec leur voiture. La criminelle retourne chez Manfredi et s'enferme dans sa chambre pour élaborer les plans d'une machine trans-dimensionnelle qui ouvrirait une faille dans la dimension zéro.