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Echo est envoyée auprès d'un homme d'affaire anglais, qui est en relation avec un des cas de Ballard. Le docteur Saunders doit gérer la colère qu'elle ressent à l'égard de Topher.

A la demande d’un récent client, la Dollhouse implante à Echo la mémoire d’une jeune mère. Les complications surviennent quand Echo prend trop à coeur son “rôle” et développe un réel instinct maternel pour l’enfant. Pendant ce temps, le sénateur Perrin est mis au courant de certaines choses à propos de la Rossum Corporation. DeWitt rend visite à l’ancienne doll November pour des tests de routine.

Pour répondre à la demande d'un des actionnaires de la Dolhouse, l'esprit du neveu de ce dernier est imprimé dans le cerveau de Victor. Le neveu, instable et dément commet un homicide. Victor s'échappe de la Dolhouse pour se promener dans la rue, Ballard à ses trousses.

Sierra doit affronter son passé, quand sa connexion avec la Société Rossum la mène à l'obsession et l'assassinat.

Echo est envoyée pour arrêter le sénateur Daniel Perrin. Adelle et Topher se rendent au siège de Dollhouse à Washington, où ils rencontrent son programmateur de génie, Bennett Halverson, une femme qui a un lien mystérieux avec Echo.

Echo et Bennett font la rencontre du chef impitoyable de Dollhouse. Perrin trouve des éléments pour témoigner contre la Société Rossum.

Après ses altercations avec le Sénateur Perrin et la Dollhouse, Echo se retrouve seule au monde alors qu’elle essaye de lutter pour contrôler ses multiples personnalités. Topher découvre les dangers de la science qui provoquera des effets néfastes dans le futur, alors qu’Adelle s’engage dans une lutte de pouvoir sévère avec Harding .

Lorsque les missions romantiques d’Echo prennent une tournure sanglante, la Dollhouse craint qu’Alpha soit revenue afin de prendre sa revanche. Adelle est de plus en plus méfiante envers Ballard, ce dernier espère alors trouver du soutien auprès de Boyd et Topher. Les actifs se retournent contre leurs chaperons, laissant un membre de la maison définitivement effacé.

Le contrat de Victor arrive à échéance. Il va donc quitter la Dollhouse et retourner à une vie normale où son passé militaire met en danger son avenir avec Sierra. Pendant ce temps, Echo est jugée trop dangereuse et confrontée à son pire cauchemar.

Lorsqu'Adelle, Boyd et les autres pensent que l'empreinte incontrôlable d'Echo représente un danger pour leurs objectifs, ils l'envoient à la "remise". Echo pénètre alors une partie secrète de la Dollhouse où sont retenus les esprits à problème...

Topher se presse de reconstituer la personnalité originale de Echo et ses souvenirs lorsque Adelle réalise qu'ils sont la clé pour dévoiler le futur. Pendant ce temps, le passé commun de Echo et de Bennett ainsi que l'identité du leader de Rossum sont dévoilés.

L'équipe doit faire des sacrifices lorsqu'ils suivent Echo jusqu'en Arizona pour détruire l'unité centrale du groupe Rossum.

2020. Topher a éliminé la possibilité de créer une empreinte à distance, mais les gens n’ont pas pour autant récupéré leur propre identité. Les survivants luttent donc pour survivre dans ce monde dévasté. Il existe une solution, mais pour cela, il faut retourner à la maison.