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Con l'aiuto di una nuova organizzazione-ombra governativa, Jane Vasco è incaricata di rintracciare e controllare la diffusione di individui denominati "Neuro", esseri umani alterati geneticamente e per questo dotati di straordinari poteri. Jane stessa ne possiede uno: è infatti in grado di rigenerarsi in seguito a qualsiasi tipo di ferita.

La squadra è sulle tracce di un Neuro con la capacità di rianimare i morti. Jane e i colleghi sospettano di un attentato terroristico da parte sua, quando i non-morti vengono inviati a rubare armi ed attrezzature militari, ma devono rivedere la loro teoria nel momento in cui essi vengono scoperti anche a sottrarre attrezzature sportive generiche. Jane comincia quindi a capire che il Neuro voglia creare una propria armata di soldati non-morti.

Un uomo, Simon Connelly, possiede la capacità di appropriarsi delle abilità, delle esperienze e dei ricordi di un individuo semplicemente toccandolo. Può inoltre trasferire queste conoscenze su un'altra persona, seppur per un breve periodo di tempo. Il collega di Jane, Riley, rimane particolarmente sconvolto dal contatto con Simon, non soltanto per quello che ha fatto alla sua mente, ma soprattutto perché ora il Neuro è in possesso delle sue conoscenze sulla squadra e su Jane.

Presso la squadra iniziano ad arrivare ulteriori informazioni su persone che soffrono di perdite di memoria selettive, e che hanno dimenticato una larga parte delle loro conoscenze e dei loro ricordi. Riley si dimostra sempre più in ansia per ciò che ha subito da parte del Neuro, perché comprende che in conseguenza di ciò la sicurezza dell'intera squadra è compromessa.

Suoni terrificanti e strane allucinazioni stanno portando alla follia le persone che alloggiano in una struttura dell'FBI attrezzata per la protezione dei testimoni. Quando Jane e i colleghi si recano sul posto per indagare, cominciano a sperimentare sulla propria pelle le stesse angosce. Sembrerebbe ancora una volta opera di un Neuro, eppure nella squadra si insinua in dubbio che forse siano invece gli spiriti del luogo ad operare questo strano effetto su chi vi risiede.

Un gran numero di persone comincia a perdere la ragione in seguito allo stesso strano incubo, in cui sognano di affogare, ma nessuno riesce a comprenderne la causa. Jane sospetta, ovviamente, che dietro questo strano schema vi sia la mente di un Neuro, anche se non riesce a figurarsi il motivo di tali atti. Sulla loro strada incontreranno il dottor Lewis, e proprio uno dei suoi pazienti sarà sospettato di essere il responsabile degli strani incidenti.

Una serie di inquietanti suicidi, commessi da individui inseriti nel programma di protezione testimoni dell'FBI, inizia a insospettire Jane. Si scoprirà che ad indurre l'autolesionismo ai malcapitati è un Neuro, dotato della capacità di provocare elaborate allucinazioni visive, in grado di modificare radicalmente la percezione che la vittima ha di se stessa. Il potere di questo Neuro è però tale che nemmeno Jane e i suoi colleghi sono sicuri di poterlo fermare.

Jane si risveglia in un letto d'ospedale, apparentemente dimentica degli eventi del passato recente. Cerca successivamente di fuggire dalla struttura, quando si accorge però che i suoi colleghi tengono con lei un atteggiamento distante, quasi di disprezzo: ne capirà la ragione quando verrà informata di essere la probabile causa della morte di Riley. Maureen, un'appartenente alla squadra, inizia una propria personale indagine su un medico impegnato nella ricerca sui Neuro.

Connor King, un collega di Jane, è sotto processo accusato di incendio doloso: è stato infatti visto appiccare dei focolai in parecchie zone. In realtà, l'uomo è sulle tracce di un Neuro pirocineta, ma finchè il caso non è chiuso non può rilasciare nessuna dichiarazione che lo riguardi, e deve quindi affrontare in silenzio i sospetti sulla propria persona. Il suo processo si fa poi ulteriormente difficile a causa del suo passato oscuro, indagato in tutti gli aspetti più scabrosi. Nel frattempo, Jane e il resto della squadra tentano di incastrare il pirocineta per scagionare così l'amico.

Una giovane e bellissima ragazza, dopo aver lavorato come indossatrice in una sfilata, nella notte invecchia improvvisamente di parecchi anni e infine muore. A Jane e Maureen viene ordinato di fingersi a loro volta modelle per poter indagare sotto copertura e scoprire la causa del decesso. Ma fermare un individuo che risucchia letteralmente la forza vitale dagli altri potrebbe rivelarsi un'impresa più difficile del previsto.

Connor è vittima di una strana serie di incidenti, ognuno dei quali avrebbe potuto essere potenzialmente mortale, ma ne esce soltanto con ferite lievi. Jane però si insospettisce, e interroga McBride, il coordinatore della squadra, a proposito del passato di Connor. Sembrerebbe che tutti i membri dell'unità tattica della polizia in cui militava il collega siano morti in strani incidenti. Possibile che anch'egli sia un Neuro? O forse si tratta soltanto un complotto ai suoi danni?

La piccola comunità di Fair Oaks sarebbe veramente un posto da sogno, se non fosse fatale agli agenti federali, che invariabilmente muoiono se vi soggiornano. Ovviamente la cosa insospettisce Jane, che insieme ai suoi colleghi scoprirà come l'intera cittadina sembri essere sotto il controllo di un Neuro. La squadra deve tentare di identificarlo prima di finire invischiata nella sua trappola, che li porterebbe a tradirsi o, peggio, ad uccidersi a vicenda.

Jane e gli altri sono sulle tracce di alcuni individui che parrebbero avere le capacità dei Neuro, ma questi vengono assassinati da un cecchino appena prima di essere raggiunti. Successivamente la squadra scoprirà che essi avevano veramente poteri speciali, ma che non si trattava di Neuro, cosa che invece è il cecchino. Durante le indagini apprenderanno che le persone assassinate avevano formato, ai tempi del liceo, una squadra speciale ispirata a un fumetto (The League of Five), dei cui protagonisti sembravano avere i poteri. Successivamente, però, i cinque avevano poi abbandonato i positivi intenti originali, e solo il Neuro che li ha trovati e uccisi potrebbe svelare il perché.

Riley, che si diletta con l'hobby della magia, è umiliato ad una esibizione da un misterioso prestigiatore, Howie. Riley sospetta immediatamente che questi sia un Neuro, e che utilizzi pertanto i suoi poteri per mettere in scena trucchi impossibili, e convince Jane a fingersi la propria assistente nel tentativo di smascherarlo.

Jane riesce a catturare un Neuro che usava la sua capacità di rendersi invisibile per derubare banche e negozi, ma rimane sconvolta quando il furgone su cui viaggiano sembra letteralmente sciogliersi, permettendo quasi al prigioniero di fuggire. Prima di allora nessun Neuro aveva manifestato più di un solo potere. Mentre la squadra sta cercando di catturare una donna che può paralizzare con la mente, viene attaccata da una forza misteriosa. Jane si incontra poi con un "guaritore", probabilmente un Neuro, nella speranza che egli possa inibire le sue capacità rigenerative e farla ritornare normale.

Jane scopre che il suo ragazzo non ricorda nulla di lei e che oltretutto ha una figlia. Cerca poi di recarsi al quartier generale della squadra, solo per venire a conoscenza che non esiste più, che il collega Joe non la riconosce e che McBride, Connor e Riley sono "morti". Temendo a questo punto anche per la sua vita, si mette alla ricerca di Connelly, il Neuro che poteva cancellare (ma anche restituire) i ricordi, l'unico peraltro a cui non venne impiantato il chip di riconoscimento. Cercherà quindi di passare tutte le proprie conoscenze a Connelly, in modo che a sua volta le restituisca al resto della squadra.

La squadra è alla ricerca di un Neuro dalle misteriose capacità, che intende assassinare un diplomatico cinese. Mentre stanno sventando il suo piano, Jane viene a conoscenza del suo potere: egli può rivivere lo stesso giorno all'infinito, finchè tutto non si configura secondo i suoi piani. Ovviamente nessuna delle persone coinvolte ha coscienza di essere intrappolata in questo paradosso temporale, ma Jane se ne avvede grazie ad una serie di déjà-vu. Il Neuro, una volta capita la scoperta di Jane, tenterà di contrattaccare i tentativi della ragazza di liberarsi.

Simon Connelly riesce a trasferire qualche episodio del passato di Jane dalle menti di chi l'ha conosciuta in quella della ragazza, prima di morire di cancro. Jane ritorna nel luogo in cui morì per la prima volta (nell'episodio pilota), dove scopre di dover cercare il dottor Roberts, malato di sclerosi laterale amiotrofica. Da lui apprende un oscuro segreto su se stessa, insieme alla verità sulle proprie origini.

Sei Neuro sono misteriosamente fuggiti dalla struttura ospedaliera e di prigionia per i Neuro, e la squadra è inviata in Ungheria per arginare l'emergenza. Là dovranno capire come i detenuti siano riusciti ad eludere i sistemi d'allarme, e anche ritrovare i sei Neuro in fuga.

Una misteriosa presenza invisibile sta portando una terribile devastazione su un piccolo villaggio ungherese, Bolnar, attaccandone e uccidendone la popolazione. Gli unici indizi per Jane e la squadra sono antiche leggende e superstizioni locali, che parlano di una terribile bestia mostruosa con cui anche Connor viene in contatto. L'idea che i Neuro vi abbiano a che fare è ovviamente più che un semplice sospetto.

McBride si riavvicina ad una donna con il potere di attraversare gli oggetti solidi ma anche di uccidere, tramite questa capacità, rimuovendo il cervello dalla scatola cranica. Sarah è però una donna gentile, che ha accettato il proprio destino e perdonato McBride per averla catturata. McBride comincia a nutrire un particolare sentimento per lei, come già era avvenuto in passato, ma cominciano a verificarsi una serie di incidenti e omicidi, la cui responsabile sembra proprio essere Sarah. McBride rifiuta questa versione, nonostante la stessa Sarah sperimenti vividi incubi sugli stessi fatti. Sia Jane e Connor sono preoccupati per la capacità di giudicare del loro capo in questo particolare frangente.

Fin dai suoi primi contatti con il dottor Roberts, la fedeltà di Jane alla squadra era stata messa a dura prova. In quest'ultima puntata Jane guiderà infatti un'insurrezione, supportata da alcuni Neuro non messi sotto sorveglianza, che provoca un blocco totale delle uscite della struttura di detenzione dei Neuro. McBride, Riley e Connor si ritroveranno intrappolati in una camera speciale "a prova di Neuro", e decideranno di contrattaccare Jane con l'aiuto a loro volta di alcuni Neuro. Ma Jane li sta veramente tradendo? Oppure riusciranno a capire in tempo cosa si cela in realtà dietro la sua ribellione?