第1話「世界の運命を握る男」
Pilot

ウイルス学者キャシー・ライリーは見知らぬ男に拉致されるが、不可解な言葉を残して男は去る。2015年。男の言葉に半信半疑だったライリーの前に、約束通り２年前と同様に負傷したコールが現れる。彼は人類存亡の危機を招く疫病のウイルスの開発者リーランド・フロストを抹殺するため、2043年からタイムマシーンで送られてきたと話す。さらに、コールにこの任務を与えたのはライリー本人だという言葉にライリーは愕然とする。

第2話「忍び寄る影」
Mentally Divergent

2043年。音声記録に12モンキーズという名前を聞き取ったジョーンズ博士は、2015年の新聞記事に猿のシンボルを見つけ、コールとラムゼを過去に送る。2015年。記事にあった精神病院に行くと248号室の記録がなくなっていた。さらに12モンキーズが世界の主要都市に現れていたことが判明し、再び過去へ戻ったコールは、本名リーランド・ゴインズの娘ジェニファーと出会う。一方、ライリーは恋人アーロンに助けを求めるが…。

第3話「逃げた男」
Cassandra Complex

精神的に不安定なジェニファーとの会話から、ある科学者がリーランドのラボから逃げ出していたことが判明し、コールは科学者を追ってハイチへ。2014年。コールに拉致されてから１年後のライリーは、CDCの要請で伝染病の発生したハイチへ行くことに。コールとは後の時間軸に狂いが生じないよう、出会わないことを約束して旅立つ。ハイチの医療現場の惨状にウイルス拡散を危惧する中、ライリーはウイルス学者アンリと出会う。

※CDC＝アメリカ疾病予防管理センター

第4話「アタリ」
Atari

リーランドの秘密のラボ、ナイトルームの場所をライリーと調べている最中に、突然2043年に連れ戻されるコール。かつてコールとラムゼが属していたウエスト・セブンという、凶悪なディーコンが率いるグループが研究所を襲ってくるとの情報があったのだ。コールたちは必死にタイムマシーンと動力源を守ろうとするが、ウエスト・セブンは施設内に侵入。ラムゼが窮地に追い込まれる中、ジョーンズ博士はある決断をする。

第5話「ナイトルーム」
The Night Room

コールとライリーはナイトルームに侵入するが、リーランドのラボは既に謎の青白い男の手に落ちていた。問題のウイルスは保管庫の中にあり、保管庫を開けることができる唯一の人物、ジェニファーも連れてこられていた。青白い男はジェニファーに無理矢理、保管庫を開けさせようとするが…。2043年。ジョーンズ博士に不信感を抱くラムゼは、彼女の私室に忍び込み驚くべき事実を発見する。

第6話「もうひとつの未来」
The Red Forest

2015年。ナイトルームからライリーが運び出され、直後にコールは2043年へ戻る。だが、研究所はウエスト・セブンの基地となっており、ボスはラムゼでジョーンズ博士もいたが、その時空のコールは既に死亡していた。未来が大幅に書き換えられたのは、2015年にライリーが死亡したことが原因らしい。ジョーンズ博士から“トロイ作戦”でウイルスが拡散したことを知らされたコール。ライリーを救うべく2015年に戻る。

第7話「トロイ作戦」
The Keys

2015年。ライリーが捕えられていた温室で、猿の文様の入った焼き物の写真を見つけたコールとライリーは、意味を探るために考古学者ギャレットに近づく。その焼き物がチェチェンの少数民族ドルーズが使用する宗教用具で、12モンキーズもこの焼き物に関心を抱いているらしい。その頃、アメリカ政府はCIA元職員のウェクスラーが、ロシア政府の保護を受けてチェチェンに亡命するという衝撃的な事件で揺れていた。

第8話「スピアヘッド」
Yesterday

2015年。チェチェンで爆破に遭遇したコールは、瓦礫に埋もれて地上に出られない。一方、2043年ではタイムマシーンがパワー不足で機能せず、コールを呼び戻すことができない。ジョーンズ博士はラムゼと兵士のウィートリーに、予備部品を調達しにスピアヘッド行きを命じる。そこではフォスター大佐がリーダーとなってワクチンの開発を続けていた。人々の文明的な暮らしぶりに驚くラムゼは、意外な人物に再会する。

第9話「明日を信じて」
Tomorrow

タイムマシーンのトラブルで2043年に戻れないコール。チェチェンの街角で世界中に広まる疫病のテレビのニュースでは、闘い続けるライリーの姿があった。ライリーは機能不全に陥ったCDC本部から離れ、ボルティモアの研究所で治療方法の開発と人命救助に尽力していたが…。一方、コールを呼び戻せないジョーンズ博士は、かつての同僚フォスター大佐が持つ動力源のコアを奪うために、スピアヘッドへと向かう。

第10話「守るべきもの」
Divine Move

2043年。ラムゼはコールによって過去を書き換えられることを阻止するために、研究所からタイムトラベルに必要な薬を盗み、会議室に火を放つ。すべては息子サミュエルの存在が消えないようにするためだった。2015年。コールが現れたことで、未来はまだ変わっていないと知ったライリーとアーロンは驚く。コールらは12モンキーズにウイルスを渡すのは医学研究者ピータースではないかと考え、研究室を訪れるが…。

第11話「明かされる真実」
Shonin

疫病発症のきっかけとなるウイルスを追って、1987年の東京に飛んだコール。日本のヤクザからヒマラヤで発見された病原体を持つ死体をオファーされたリーランドに、皮肉なことにコールが死体の価値を教えてしまう。そこへ息子を守るために東京にタイムトラベルしてきたラムゼが現れ、２人は死闘を繰り広げる。日本の警察に逮捕され府中刑務所に収監されたラムゼに、謎の女が接触する。さまざまな場所に現れる謎の女の目的とは…？

第12話「パラドックス」
Paradox

2043年。ジョーンズ博士はコールの追跡信号を捕らえられず、戻ってこられないと断言する。2015年。瀕死のコールを助けるべく、ライリーはこの時代のジョーンズに助けを求める。コールを救う唯一の方法を考え出したジョーンズは、この時代のコールの血液が必要だといい、ライリーと２人で幼いコールを捜すことに。一方、父リーランドが死に、マークリッジ社の大株主となったジェニファーは現CEOを追い出そうとしていた。

第13話「運命」（最終話）
Arms of Mine

2015年。ライリーたちを裏切ったアーロンを尋問して、謎の女の存在を知ったライリーとコール。ジェニファーが新CEOとなったマークリッジ社のイベントへ出向き、ジェニファーから黒幕の資金提供者は企業投資家イーサン・セキだと聞く。彼の目的を知ったライリーとコールは、タイムマシーンが生まれたラリタン国立研究所へ。2043年では、ジョーンズ博士の研究所を狙う不気味な一団の姿が…。