タイムズ･スクエアで、過去の記憶を喪失した謎の美女ジェーン･ドウ (身元不明の女性) が、全裸で発見される。彼女の体はさまざまなタトゥーで埋め尽くされており、背中に自分の名前があったことから、FBI捜査官カート･ウェラーは陰謀に巻き込まれていく。カートはチームとともに、紆余曲折する秘密と暴露の迷路を縫ってイチかバチかの悪の世界へ足を踏み入れる。

ジェーンの不可解なタトゥーを解読すると、米国空軍でパイロットを務めるアーサー･ギブソン少佐の名前が浮上する。過去につらい出来事を経験した彼は、破滅的な計画を企んでいた。ジェーンは、自分の身元を明らかにしようと手がかりを探し続けるが、断片的に思い出される不穏な記憶に悩まされ、自分の過去について疑問を抱く。一方カートは、自分がジェーンの正体を知っているかもしれないと思う。

ジェーンの体に、米国海軍特殊部隊ネイビーシールズのタトゥーがあり、彼女の過去を知る犯罪者がいるかもしれない。悪名高き強盗集団がほぼ完璧な宝石強盗を行うが、現場で捕まった一人の男にもジェーンと同じタトゥーが入っていた。男はジェーンの知り合いなのか? 一方、ジェーンが初めて思いだした記憶に登場した男が彼女を訪ねる。謎めいた、いかついその男は彼女に意図の不明な警告をする。カートとメイフェアは、チーム内でのジェーンの役割について悩む。

パターソンとパズル王である彼女の恋人デヴィッドがタトゥーの謎を解読し、チームは米国疾病対策予防センター (CDC) へ向かうことになる。チームはジェーンの体に隠されていたメッセージをそこで発見し、世界中に大惨事を引き起こすような陰謀が明らかになる。一方ジェーンとカートの仲はしだいに深まっていく。

単純な人質事件に見えたものが深い国際問題につながっていることが判明し、CIAとFBIは凶悪な経歴を持つ犯罪者を先に捕まえようとして競り合う。一方トム･カーターは、ジェーンの信頼性について懸念を示したことで、メイフェアと衝突する。また、リードはチームへの忠誠心を試される。ジェーンは、自分が何者なのかということにしっかり向き合おうとしてカートの家族に会うが、滅入ってしまう。

ある暗殺事件を捜査していくうちに、チームは危険なアプリへとたどり着く。それは、犯罪者が政府関係車両を追跡することができるという、恐ろしいアプリだった。チームは、そのアプリをネット上から削除するために、アプリの開発者と協力しなければならない。それは意外な人物だった。一方、ザパタは倫理的な問題でもがき苦しみ、ジェーンとカートは2人の関係を仕事上のものだけに留めようとしていた。