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タイタンを目指して出発したアストライオス号は無事に着陸したものの、そこはまさかの地球だった。しかも彼らが“数時間”と思っていた時間は数年経っていたことが判明し、クルーたちは大きく変わった世界と自分たちの変化と向き合うことになる。

カーター、ヘンリー、ケヴィンらは行方不明になったアストライオス号の乗組員を追い続ける。ケヴィンの開発した探知機が宇宙船の痕跡をとらえるが、クルーが隠されていた場所と犯人の正体は、ユーリカ中を驚かせる真相だった。

宇宙船は発見されたものの、乗組員たちはすでに仮想空間へ連れ去られていた。カーターは“仮想ユーリカ”に侵入して救出に向かうが、その世界が完全に崩壊する前に全員を連れ戻せるのか、時間との勝負になる。

現実世界に戻ったものの、乗組員たちは仮想世界での出来事を引きずり、何が現実で何が思い込みなのか区別がつかなくなっていく。過去の体験が現実に影響し始め、ユーリカの人間関係にも不穏な影が落ちる。

クルーたちは仮想世界でのトラウマを抱えながらも前に進もうとするが、思うように気持ちを切り替えられない。さらに国防総省の心理調査官ヒューズが再び現れ、彼らの精神状態を厳しくチェックし始めたことで事態はさらにややこしくなる。

研究所の安全性を高めるため、ヘンリーは大規模な防災訓練を実施する。しかし訓練は次第に想定外の方向へ暴走し、まるで本物の災害が起きたかのようにユーリカ全体を巻き込み始める。

ホリーの追悼式が行われる一方、ファーゴとゼインは密かに“マトリックス・ユーリカ”のメインフレームに残されたホリーの意識データを救い出そうとする。二人の無謀ともいえる作戦が、思わぬ事態を招いていく。

カーターが企画したロマンチックな時間は、二人が湖底の観察ラボに閉じ込められるという皮肉な展開に。さらにラボは浸水し始め、婚約どころではない危機が迫る。

アリソンの天才肌の兄が現れたことで、カーターは自分の知性が足りないのではと不安を抱く。しかし彼の知能は突然飛躍的に向上し、周囲も驚くほどの変化を見せ始める。その異変の裏にある原因を突き止めなければ、カーターが“別人”になってしまいかねない。

カーターの考える“ロマンチック”とアリソンの感覚がズレていたことで、ハネムーンは微妙な空気に。そこへユーリカでスパイ事件が発生し、さらにホリーの再構築プロセスに深刻な異常が起き、事態は一気に緊迫していく。

グレースのスパイ行為が発覚し、町には疑心暗鬼が広がる。そんな中、ショウ少佐が事態収拾のために乗り込んでくるが、同時に地球工学計画の影響で外部との通信が完全に遮断されてしまう。

スマートダストの制御系が壊れたままで通信網は混乱し、さらにバイオプリンターが消失。ホリーにも明らかに異常が現れ始め、ユーリカの危機が新たな局面を迎える。

国防総省がユーリカの閉鎖を決定し、住民たちは最後の時を受け入れざるを得なくなる。しかし街には次々と不可解な異変が発生し、ユーリカを守るため、彼らは最後の力を振り絞って立ち向かう。