Die zweite Staffel setzt nahtlos an das Finale der ersten an: Das Lazarus-Team steckt weiterhin in einer sich wiederholenden Zeitschleife von drei Wochen fest. George ist überrascht, als Sarah zu Beginn der neuen Schleife auftaucht – dank ihrer Serum-Dosis erinnert auch sie sich nun an die Zeitsprünge, versteht das Geschehen aber noch nicht. Entgegen der Befürchtungen überlebt Shiv, und George offenbart Sarah, dass er durch die Zeit reisen kann.
George legt Wes gegenüber offen, was vorgefallen ist. Sie reagiert wütend und verbannt ihn aus dem Projekt – er soll dem Hauptquartier nicht einmal auf 100 Meilen nahekommen. Sarah dagegen darf bleiben, weil ihre Serum-Dosis sie ohnehin in der Schleife gefangen hält. Die entscheidende Spur führt ins Jahr 2012: Sechs Wissenschaftler haben damals eine neue Zeitmaschine gebaut – in genau jener Zeit, in die Janet zurückversetzt wurde.
Von den Ermittlungen ausgeschlossen, erhält George von Sarah heimlich die Akten der gesuchten Forscher. Ein Detail – maßgefertigte Graffiti-Sneaker – führt ihn nach Berlin zu Dr. Wheeler, weiter nach Marokko und schließlich auf einen Friedhof, wo sich herausstellt, dass Wheeler längst tot ist. Nach zahlreichen Schleifen kehrt George mit seinen Erkenntnissen zu Wes zurück und darf schließlich wieder mitarbeiten, zunächst nur im Innendienst.
Die weltweite Suche zeigt ein beunruhigendes Muster: Ein Wissenschaftler nach dem anderen wird tot aufgefunden – Dr. Li in Tokio, Dr. Samson in der Schweiz. George und Sarah dürfen schließlich in den Außeneinsatz. Zwischen den Missionen ringt George mit der Frage, ob er ein schlechter Mensch ist; ausgerechnet Sarah spricht ihm Trost zu und erklärt, warum er Reggie stets von hinten erschießt – um ihm den Anblick des Kommenden zu ersparen.
Als George und Sarah heimkehren, wartet Rebrov bereits auf sie. Er kann den Genfer Kontrollpunkt rechtzeitig erreichen, um Samson zu retten; dabei wird er angeschossen, schickt Samson aber in Sicherheit und informiert Wes. Rückblenden enthüllen, dass Wes tiefer verstrickt ist als gedacht: Sie saß im Publikum eines Vortrags von Dr. Gray über Zeitreisen und bewahrt in ihrer Schublade ein Buch mit demselben Emblem auf, das sich auf dem Ring eines der toten Forscher findet.
