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美国政府得到情报：恐怖分子控制了一枚核弹，就在洛杉矶，预定今天内要爆炸。 所以…介于此特殊情况，休假中的总统被召回，各部门都被调动起来，连离开ctu一年的杰克.鲍尔也被要求返回总部。 总统亲自致电，杰克克服了之前失去妻子所受的伤痛，重新回到这支队伍中来，因为他要保护更多的美国市民。唯一让他放心不下的便是自己的独生女儿琴，琴自从自己的妈妈死后一直不肯原谅爸爸，在一户人家当保姆。 恐怖分子正在准备炸弹，这将是不平凡的一天的开端。
一切准备就绪，炸弹被装上军车，恐怖分子出发并开始转移核弹了。 在上一季中杰克当卧底要把坏人绳之以法，安全局猜测这次的事与他当卧底时联系的人物乔有关，所以杰克杀死对乔不利的人证，拿他的头回去，以使乔再次相信他。有惊无险的，那群人相信了他。 ctu并没有履行诺言，他们还没有帮杰克去找琴，而琴已经处于危险当中，事情原来是这样的：她当保姆的那家人中男主人有家庭暴力倾向，琴在帮助小女孩逃出她爸爸魔掌的过程中受到威胁。 这时杰克上了那帮人的车，他们带着三枚炸弹。目标竟然是ctu（反恐部）总部。
杰克的女儿琴带着小女孩，也不知道接下来该怎么办，便打电话给杰克，但他正在执行任务，根本不能帮她，她便带着小女孩搭公车去ctu总部。 而这时的ctu总部并非安全之地，身处当中的人却全然不知。虽然杰克已经提前半小时打电话通知了总统身边的人，但由于他们的失职，ctu在炸弹爆炸前5分钟才收到通知打算撤离，这时已经来不及了，滚滚的浓烟升起，ctu大楼内一片狼藉。
总统开始追查是谁缓报了杰克的情报，导致ctu伤亡惨重，死亡20人，失踪7人。而ctu的负责人因为追查到组装核弹的地方，被钸辐射，严重危及生命，可能只有一天的寿命了。 杰克杀死乔的手下，追查到乔的下落。他赶到那里，打算逼问出是谁指使乔轰炸ctu大楼，杰克力陈当中的利害关系。最终说服了乔打开门，他在给了杰克一些照片之后吞枪自杀了。杰克翻看着手上的照片，表情惊讶。
妮娜.麦尔——照片上的女人，反恐小组的奸细。就是因为她，ctu才被炸成现在的样子。而也是因为她，杰克的太太才会被杀害。 杰克想亲自审问妮娜，所以当他发现上司已被放射物辐射的事实之后，以不宣扬这件事为条件，使上司答应他亲自审问杀妻仇人妮娜。 据了解，这批恐怖分子称为“第二波”，美国总统直接联系了恐怖分子所在国家的大使，大使要求与美国共享恐怖分子的资料，并承诺全力支持调查。不料几分钟后，大使所乘的直升机便坠毁了，机上人员无一生还。 看来问题现在才刚刚开始。杰克的审问也刚要开始。
总统的前妻突然拜访，她说想帮助总统，起初总统对她非常警戒，但在听说军队没通知总统就已经开始撤离时，总统开始让她帮助调查内部谁是内奸。 杰克的审问简直上演了一出好戏，本来以为有免死金牌的妮娜气焰嚣张，之后杰克以仇恨的表情出现，加上些带个人情绪的恐吓，妮娜总算配合了些，很难想象杰克该怎样超越个人恩怨的心理。 之后由妮娜带路，杰克和另一名ctu成员一起去找唯一知道核弹消息的人。这时杰克下药迷晕了同事，难道他要对妮娜下手了。
总统的班子开会，而且还处在猜测的阶段，他们怀疑国安局局长罗杰就是那个反对政府的人，一定要在今天把这件事查清楚。 ctu的托尼接到报信后，来到一家当日要举行婚礼的人家，把新郎及岳父带回去协助调查，因为开始怀疑他们赞助了大笔钱给恐怖组织的阿里。 杰克根据妮娜提供的信息找到了法希——唯一知道核弹下落的人，但差点被妮娜逃脱，法希也在昏迷当中。
抓到法希之后，妮娜一直在问他话，因为只有她会那种语言。但当妮娜问出核弹下落之后，她竟然突然杀死了法希，她的要求就是自己可以被释放。杰克的女儿琴和她的男友带着小女孩逃离洛杉矶，被警察中途拦下，因为在汽车后备箱发现小女孩妈妈的尸体，他们被逮捕，并送回洛杉矶。情急之下，琴不得不告诉警察关于核弹的消息。这时杰克与妮娜乘坐的飞机突然受到攻击，有坠毁的危险，他们能安全到达吗。
ctu成员米歇尔用电脑查到杰克所乘飞机是受到地对空导弹的袭击而坠落的。杰克与妮娜同时生还，但在搜救队还没到来之前，已经有敌人来到，他们是来杀人灭口的，而且人数很多。杰克与妮娜暂时合作。 救援队来到，敌人被杀死，但妮娜耍了一个小把戏，私藏了一盒弹夹，挟持了杰克，并想杀死他以防后患。同时妮娜也开始说出了恐怖分子阿里的地址。杰克的生命受到威胁。
杰克以自己的聪明才智再次战胜了邪恶，妮娜被活捉，送回洛杉矶。杰克接着去追查阿里的下落。情况远比想象的要复杂，最初的猜测都有着方向性的错误。被抓起来的新郎指责自己的岳父，并愿意帮助调查，当他们刚刚理出头绪时，和他一起回公司调查的探员被枪杀，凶手竟是——他的未婚妻马莉。 而总统那里，他的前妻表面是会来帮他，却暗中与他人勾结，看来大家的处境都很危险。
