W Akademii S.H.I.E.L.D. w nadzwyczajny sposób została zamrożona woda na basenie. Na miejsce została wezwana drużyna Coulsona. Fitz i Simmons studiowali w tym obiekcie i są uznawani za bohaterów. W międzyczasie Coulson oraz agentka May lecą do Meksyku, gdzie zauważono człowieka, który zaginął przed laty. Może on coś wiedzieć o przeszłości Skye.
Cała ekipa przy współpracy z włoską policją poszukuje Iana Quinn'a, który jest uważany za jednego z najważniejszych złoczyńców na świecie. Planuje on zakupić od pewnej firmy nieznane urządzenie. Agenci chcą je wszelką cenę przechwycić. W tym celu planują w pociągu, który przewozi paczkę, zorganizować akcję pod przykrywką.
Lorelei, która pochodzi z Asgardu, zniewala gang motocyklistów. Chce zbudować armię i zawładnąć światem. Oddział Coulsona stara się ją powstrzymać, ale Lorei udaje się przejąć kontrolę nad Wardem. Na Ziemię, korzystając z Bifrostu przybywa Lady Sif i informuje grupę, że aby pokonać Lorei, trzeba na szyję nałożyć jej specjalny kołnierz.
Coulson wzywa na pokład samolotu kilku wysoko postawionych agentów S.H.I.E.L.D.. Przedstawia im swój plan namierzenia jasnowidza. Kluczową rolę w przedsięwzięciu ma pełnić Skye, która jako jedyna ma mieć pełną wiedzę o planie i nadzorować działania par agentów. Bardzo szybko jedna z grup zostaje zaatakowana przez Mike'a Petersona (zwanego czasem Deathlock), agencja zaczyna podejrzewać, że Jasnowidzem jest Nash. W międzyczasie dalej śledzą Deathlock'a.
Garett zostaje zaatakowany przez dwa bezzałogowe drony S.H.I.E.L.D.. Udaje mu się je zgubić przy znaczącej pomocy załogi Coulson'a. Ten musi w tym czasie zmierzyć się z nielojalnością May, niesubordynacją Warda oraz niekontrolowaną trasą samolotu. Dość szybko dowiaduje się, że nastąpił powrót Hydry.
Ward uwalnia Rainę z więzienia i zabiera ją na spotkanie z Jasnowidzem. Okazuje się, że zwolennicy Hydry planują przejęcie Lodówki - tajnej bazy i kluczowego magazynu S.H.I.E.L.D.. Dzięki zgromadzonym tam broniom i gadżetom będą w stanie przechylić szalę zwycięstwa na swoją stronę. W tym czasie Coulson po przejęciu władzy w Hubie stara się ustalić straty spowodowane przez wrogów. Kiedy odzywają się do niego przedstawiciele Sił Powietrznych zabiera swoją ekipę i opuszcza Hub w nie do końca naprawionym samolocie. Nie wie, gdzie powinien się skierować.
Ward powrócił do reszty swojej drużyny, dołączając się do nich w tajnej bazie S.H.I.E.L.D. zlokalizowanej w kanadyjskich lasach. Oznajmia, że Lodówka została przejęta, a wszyscy zamknięci tam przestępcy uciekli. Agent Coulson postanawia wziąć na siebie ich ponowne schwytanie i na pierwszy ogień wybiera Marcusa Danielsa, który jest w stanie wysysać energię elektryczną i zabijać dotykiem. Zanim opuszczą bazę agent Koening żąda przesłuchania ich wyjątkowo mocnym wariografem. W końcu Phil zabiera ze sobą Fitza, Simmons i Tripa. W bazie zostaje między innymi Skye, która chce pozyskać dane od NSA, w niezbyt legalny sposób.
Coulson z częścią ekipy wraca do tajnej bazy, ale nikogo tam nie zastaje. Po pewnym czasie dowiadują się, że Ward jest członkiem Hydry i zabrał manipulującą nim Sky ze sobą. Postanawiają ją uratować, ale na scenę wkracza agentka Hill. May stara się poznać sekretu programu T.A.H.I.T.I., aby ponownie przekonać do siebie Phila.
W licznych retrospekcjach poznajemy początki znajomości Warda i Garetta. Natomiast Coulson domyśla się, że bardzo ważną rolę w działaniach Hydry pełni Cybertek. Postanawiają zinfiltrować ich siedzibę, żeby aktywować trojana zainstalowanego przez Skye. Reina jest coraz bliżej stworzenia serum, które ocaliło Coulsona i Skye.
W finałowym odcinku sezonu, bohaterowie ciągle są rozdzieleni. Jemma i Fitz znajdują się w bardzo wytrzymałej kapsule na dnie oceanu, a Skye, Phil, Melinda i Trip planują atak na bazę firmy Cybertek. Niestety nie mają wsparcia, ani swoich super nowoczesnych gadżetów. Natomiast ich główny przeciwnik Garett po zażyciu serum osiąga zupełnie nowy poziom szaleństwa, którego nie popiera Ward.