Sydney e la sua nemica russa Anna devono memorizzare il codice binario del disegno realizzato da Milo Rambaldi 500 anni prima e contenuto nella valigetta prima che resti distrutto dal processo innescato dall'apertura della valigetta. Sydney non vorrebbe rivelare la sequenza letta all'SD-6, ma Vaughn le ordina di farlo per evitare che all'SD-6 sospettino di lei in caso di una comunicazione di codice errato.
Il codice binario completo rappresenta latitudine e longitudine di una chiesa che si trova a Malaga, in Spagna, dove Sydney e Anna si ritrovano ancora una volta, però come avversarie. Sydney sconfigge Anna in un combattimento brutale e recupera un cristallo circolare dorato dalla finestra di vetro della chiesa. All'SD-6, Marshall analizza il cristallo e scopre un polimero pre-sintetico, anch'esso inventato da Rambaldi: le invenzioni dello studioso del 15° secolo sembrano adesso essere alla base di un mistero ben più ampio...
Sydney e Dixon vengono inviati in una nuova missione: devono indagare su un complotto per eliminare l'Organizzazione Internazionale del Commercio. A Casablanca, in Marocco, Sydney assume le vesti di una turista franco-canadese. In un affollato mercato, Sydney tenta di avvicinarsi a Luc Jacqnoud, terrorista internazionale, la cui guardia del corpo però la riconosce da un precedente incontro in Corsica avvenuto due anni prima. Dopo una dura lotta, Sydney va ad aiutare Dixon ed è sconvolta nel ritrovare brutalmente ucciso il loro contatto in Marocco, Bak Ibrahim, un suo amico a cui non è riuscita a salvare la vita.
All'SD-6, Jack viene interrogato da Mc Cullough, ma in uno stato onirico Jack si rende conto di non aver detto a Sydney la verità su sua madre, verità che continua a tormentarlo. Nel frattempo, Sydney ha una crisi di pianto e si confida con Vaughn sui suoi conflitti interiori per la sua carriera da doppiogiochista e sul suo rapporto con il padre, che dopo averla fatta aspettare per una cena al ristorante le ha chiamato mentendole di dover lavorare; Vaughn le offre il suo sostegno come amico.
I sospetti di Francie sull'infedeltà di Charlie aumentano, così lei e Sydney lo sorvegliano in auto e lo sorprendono mentre bacia un'altra ragazza; per questo Francie lascia Charlie. Will ritrova altre tracce sulla morte di Danny e lotta con i suoi sentimenti per Sydney.
Le ultime tracce ritrovate in Marocco portano Sydney e Dixon a San Paolo in Brasile, dove si svolgerà la prossima conferenza dell'Organizzazione del Commercio, e dove Sydney scopre il piano di Jacqnoud. Dhiren Patel, vincitore del premio Nobel per la pace e delegato ONU, il cui intervento è previsto alla conferenza internazionale, crolla a terra durante una cena dopo essere stato drogato e viene portato via ad una vicina raffineria da alcuni uomini che impersonano una squadra medica. Mentre Sydney osserva la situazione dal tetto, una piccola bomba con parecchio esplosivo viene impiantata chirurgicamente nel pacemaker di Patel.
