Un sac est déposé au milieu de Times Square mais tout le monde ignore ce qu'il contient jusqu'à ce que un membre du FBI y prête attention et là en sort une jeune femme tatouée qui ne sait pas d’où elle vient ni qui elle est. Kurt Weller est intrigué par cette jeune femme car elle a son nom tatoué au dos. Le FBI comprend que les tatouages de la jeune femme sont des indices permettant de résoudre des crimes. C'est alors qu'en découvrant des inscriptions en mandarin derrière l'oreille de la jeune femme, Kurt Weller et son équipe se rendent à China Town pour arrêter un certain Chow qui veut faire exploser la statue de la liberté mais la jeune femme neutralise Chow qui était sur le point de trancher la gorge de Kurt, la jeune femme a le souvenir d'un entraînement militaire après ses péripéties à China Town.

Jane montre de véritables talents dans le combat au corps à corps et le maniement des armes, ce qui est une piste pour savoir qui elle est. Mais une nouvelle affaire apparaît grâce aux tatouages : le premier nom a permis de décoder un autre tatouage et d'obtenir le nom d'un pilote d'avion, officiellement souffrant de stress post-traumatique. Mais l'homme pourrait s'avérer plus dangereux qu'on ne le dit. Weller a une piste sur l'identité de Jane, une affaire de disparition qui le poursuit depuis 25 ans.

L'inconnu des souvenirs de Jane apparaît dans sa maison surveillée et tente de l’alerter avant d'être abattu. Encore secouée par le retour de cet homme, elle prend pourtant part à la nouvelle affaire : un braqueur blessé pendant un coup qui a mal tourné porte le même tatouage des Navy Seals que Jane. Le gang est vite identifié comme d'anciens délinquants recrutés par la marine avant d'être rendu à la vie civile. Jane est décidée à le retrouver car il pourrait savoir qui elle est. Pendant qu'elle traque les braqueurs avec Weller, Leung trouve le numéro de dossier liant Jane au capitaine Mayfair.

Grâce au petit-ami de Patterson, un nouveau tatouage est décodé, orientant vers le CDC de New York. Le système de rayons ultraviolets révèle des tatouages cachés sur Jane, indiquant des sources de virus mortels confinés dans un laboratoire secret. Lors de l’inspection, Weller découvre que les souches ont disparu quand soudain, le protocole de lancement est enclenché, permettant à la directrice du centre de fuir. Patterson fait peu à peu le lien entre les voyages passés à travers le monde des deux chefs du centre, en réalité devenus mégalomanes, et neuf épidémies dévastatrices, et la dernière souche serait entreposée à l'aéroport pour une contamination maximale. Mayfair doit gérer les insistances de Patterson, qui veut en savoir plus sur le dossier Guerrero, et de Carter qui veut rencontrer Jane. Weller commence à parler à Jane de l'enfance de Taylor Shaw quand Patterson lui révèle qu'un test fait sur sa dent vient contredire le test ADN : Jane ne serait pas Taylor Shaw.

Weller est perturbé par les révélations de Patterson mais préfère ne pas y croire. Jane, quant à elle, gère difficilement la situation. Peu après, une prise d'otages a lieu dans une association municipale. Il se trouve que l'adresse correspond à un tatouage sur la cuisse de Jane. Les ravisseurs réclament des indemnités pour avoir été renvoyés et exigent que le dirigeant responsable de leur départ leur soit livré.

Un prince d'Arabie saoudite est assassiné. A l'aide d'une mystérieuse application Web, les tireurs ont réussi suivre le traceur de son véhicule, le même qui équipe toutes les voitures de la police. Grâce à Patterson, Weller et son équipe arrêtent un jeune pirate informatique de 17 ans, qui prétend travailler pour la NSA. L'affaire intéresse Jane car le logo de l'application en question est tatoué sur son corps.

Weller interroge Mayfair sur Saul Guerrero, dont le numéro de dossier du FBI est tatoué sur Jane. Elle lui révèle en quoi cette affaire est particulièrement sensible. Patterson, de son côté, parvient à trouver un nouvel indice. La piste mène l'équipe à Draclyn, un endroit isolé du Michigan où le FBI est loin d'être le bienvenu. En se rendant à l'adresse indiquée, Weller, Jane, Tasha et Reade tombent sur Guerrero.

Les officiers de police Schultz et Garrigan ont été assassinés à Brooklyn. Patterson fait le lien avec un tatouage de Jane qui fait écho à leur mort. Ces meurtres pourraient être liés à une bavure commise sur un adolescent quelques mois plus tôt. Pour protéger les agents du commissariat, le FBI prend l'affaire en main. Parallèlement, Mayfair fait des révélations à Weller au sujet du projet Daylight.

Patterson décrypte un ensemble de lettres disséminées sur le corps de Jane. La piste mène Weller et son équipe à une maison abandonnée où ils sont reçus par un couple de tireurs. Après les avoir abattus, le FBI découvre que c'était des tueurs à gages et qu'ils devaient prochainement se procurer une liste de cibles égarée par le gouvernement. Weller et Jane décident de prendre leur place pour récupérer ces données sensibles.

La mort de David permet d'éclaircir le code du livre derrière le tatouage : un réseau d'espions russes infiltrés depuis des années aux États-Unis après s'être mariés à des citoyens américains. Patterson reste dans l’équipe, malgré son deuil. Carter se montre plus pressant que jamais pour découvrir les secrets de Jane.

Chargée de questions après sa rencontre avec son ex-fiancé et la mort du directeur de la CIA, Taylor cherche à savoir à qui elle peut faire confiance au sein du FBI. Elle part cependant pour une nouvelle enquête autour d'un tatouage : une île abandonnée au large de côtes turques cache un grand secret. La direction du FBI commence une enquête interne autour de la mort de David.

Taylor a peut-être de nouvelles pistes pour retrouver son passé : son nouveau contact a des informations mais il exige le stylo de Mayfair, et un nouveau tatouage est relié à un soldat, déclaré mort, et réapparu partiellement amnésique et sous influence de différents drogues.

Quand un témoin-clé d'une des affaires liées aux tatouages de Jane est tué, le FBI craint un espion russe et Fischer fait boucler l'antenne de New York pour interroger tous les membres. Les secrets de chacun risquent d'être révélés, notamment ceux de Jane et la mort de Thomas Carter.

Jane prend une journée pour réfléchir à son implication dans l'opération au sein du FBI. Mais les secrets des tatouages continuent de révéler des secrets : un mail anonyme permet à Patterson de décrypter un code, une affaire de meurtre sordide impliquant une femme mexicaine mais les circonstances sont floues et l'accusé a soudainement arrêté de clamer son innocence.

Les tensions se créent au sein de l’équipe, avec Meare qui est menacé pour enquêter sur Jane. Une nouvelle affaire apparait : un des tatouages de Jane était sur un tableau volé d'un artiste mystérieux, mais toute l’affaire n’est en fait qu'un piège pour abattre tous les membres de l'opération autour de Jane.

Le passé revient marquer Patterson et Taylor, chacune à leur façon. Un nouveau crime en rapport avec les tatouages est repéré : une cargaison de gaz sarin, destinée à la destruction, a été détournée.

Patterson suit le puzzle que lui a laissé David avant sa mort, ce qui la mène à réexaminer un tatouage qu'elle pensait déjà décrypté. Zapata et Read sont sous pression mais ils ont la même tâche : faire tomber Mayfair.

Pour être libéré de sa prison, Rich Dotcom est prêt à passer un marché avec Weller et Jane : leur livrer le plus gros banquier des groupes terroristes du Moyen-Orient. Le FBI doit donc préparer la rencontre en organisant un cambriolage de haute volée.

Une série de chiffres dans un tatouage de Jane mène au programme de football américain de l’université de Hudson. Alors que l’affaire s'annonce simple, un tireur apparait dans les bâtiments et commence à abattre les étudiants. L'équipe de Weller doit intervenir sans moyen d'appeler des renforts.

Une jeune fille muette est retrouvée dans la rue avec un carnet à dessins. Ses croquis précis la lient à un tatouage de Jane, l'emblème d'un clan syrien recherchée pour terrorisme et l'enfant serait la fille de leur chef. L'équipe de Weller se charge de rechercher toute piste sur un attentat à venir, cachant les tensions sur les questions autour de Mayfair et la mort du directeur Carter.

Les bureaux du FBI se retrouvent sous le coup d'un exercice de sécurité mais Patterson soupçonne quelque chose de plus gros : un pirate informatique a pris le contrôle de tout le système. Les agents pris au piège attendent une solution pour sortir et l'enfermement fait ressortir les tensions.

Mayfair est assignée à résidence pour des crimes qu'elle n’a pas commis et Jane n’accepte pas cette injustice. Alors que Weller remplace son ancienne patronne et défend le dossier Jane Doe, une nouvelle affaire liée aux tatouages apparait : un nourrisson est retrouvé abandonné dans un sac, visiblement liée à une riche famille mais les parents biologiques désignés n'ont jamais entendus parler de l'enfant.

Weller est encore sous le choc de la mort de son père et prend une journée pour obtenir une réponse aux derniers mots. Jane traque Oscar alors que Zapata, Patterson et Read cherchent Mayfair et découvrent ses secrets.