La jeune Caroline décide de rentrer dans le centre Dollhouse pour les cinq prochaines années où elle y sera rebaptisée Echo. Parallèlement, une enfant de douze ans est enlevée par des kidnappeurs mexicains. Son père, un riche homme d’affaire, demande alors de l’aide auprès du Dollhouse pour sauver sa fille. Cette mission est ainsi confiée à Echo qui se retrouve confrontée au passé de l’une des empreintes qu’elle a hérité pour cette mission : en effet le kidnappeur de la fillette est l’homme qui avait enlevé cette même empreinte des années auparavant. Les souvenirs effacés d’Echo refont ainsi surface au risque de faire échouer sa mission…
Echo est imprégnée pour devenir la partenaire d’un passionné d’activités de plein air et se retrouve subitement en position de proie chassée sauvagement par un psychopathe. Quant à l’agent Ballard, il continue son enquête sur la Dollhouse et reçoit de nouveaux indices sur l’identité d’Echo. Tandis que des flashbacks révèlent de tragiques évènements au centre ayant mené à l’arrivée de Boyd, celui-ci découvre qu’Echo n’est finalement pas une simple doll comme les autres.
Echo est embauchée pour protéger une pop-star dont l’existence est compromise par un fan obsessionnel.
L’agent Ballard met la main sur une photo d’Echo, et commence à représenter un vrai danger pour le centre Dollhouse. De leurs côtés, Echo et d'autres dolls commencent à montrer les signes d’une prise de conscience, ce qui suffit à inquiéter grandement Adelle, à la tête de l’organisation.
Programmée comme étant une femme aveugle, Echo doit infiltrer une secte pour tenter de sauver une femme qui y fut envoyée contre sa propre volonté. Parallèlement, l’enquête de l’agent Ballard prend une nouvelle ampleur lorsqu’il aperçoit Caroline à la télévision…
Un journaliste interviewe les gens dans la rue au sujet du mythe de la dollhouse. De son côté, Echo essaie d’apaiser la douleur d’un client due à un amour perdu. Parallèlement l'agent Ballard est sur le point de faire une surprenante découverte...
Eliza Dushku
Echo
Tahmoh Penikett
Paul Ballard
Olivia Williams
Adelle DeWitt
Fran Kranz
Topher Brink
Harry Lennix
Boyd Langton