Weitere zehn Jahre sind seit den Ereignissen der letzten Staffel vergangen. Ed, der nicht mehr mit seiner Frau zusammen ist, besucht eine Hochzeitsfeier in dem von Karen eröffneten Orbitalhotel Polaris. Ellen, die es inzwischen zu einer republikanischen Senatorin gebracht hat, bewirbt sich derweil um das höchste Amt im Staat. Die mittlerweile komplett erblindete Molly ist für das Astronautenprogramm verantwortlich und muss mit Blick auf das Rennen um den Mars eine wichtige Entscheidung treffen. Obwohl Margo die NASA leitet, arbeitet sie heimlich mit Sergei zusammen, der allerdings auf Anweisung von oben agiert. Das Fest im Polaris-Hotel wird von einem gravierenden Zwischenfall erschüttert.

Karen verkauft das Hotel an das von Dev Ayesa gegründete private Raumfahrtunternehmen Helios Aerospace, das der NASA mit seinen ambitionierten Plänen Konkurrenz macht. Mollys Entscheidung für Ed als Befehlshaber der ersten bemannten Marsmission sorgt für große Verärgerung und Stühlerücken. Karen kann sich über ein neues Jobangebot freuen und verschafft auch ihrem Ex-Mann eine Anstellung. Ellen präsentiert der Öffentlichkeit unterdessen einen reaktionären, antiwissenschaftlichen Kandidaten für das Amt des Vizepräsidenten.

Als sie aus der Antarktis zurückkehrt, bittet Karens und Eds Adoptivtochter Kelly die für die Marsmission zuständige Danielle um einen Posten. Aleida steigt zur Flugdirektorin der NASA auf. Ein Alkoholexzess bringt Danny um seinen Job. Der nun für Helios Aerospace arbeitende Ed greift ihm jedoch unter die Arme. Sergei kommt Margo immer näher und wird mit Nachdruck an seine Aufgabe erinnert. Die NASA-Chefin sieht sich plötzlich massiven Drohungen ausgesetzt.

Drei Marsmissionen befinden sich auf dem Weg zum roten Planeten. Als das NASA-Raumschiff das Fahrzeug von Helios Aerospace überholt, verliert Dev die Fassung. Seine Crew soll alles tun, um als Sieger aus dem Konkurrenzkampf hervorzugehen. Während Ellen in ihrer Rolle als amtierende Präsidentin der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde einen Besuch abstattet, tragen sich im All dramatische Szenen zu, die Ed die wilde Entschlossenheit seines Arbeitgebers vor Augen führen. Der Wettstreit um die Ankunft auf dem Mars fordert einen hohen Preis.

Die Toten werden dem Weltraum übergeben. Um Sergei aus der KGB-Gefangenschaft zu befreien, geht Margo einen brisanten Deal ein. Dev ist über eine Wendung maßlos verärgert. Karen wendet sich entsetzt von ihrem Arbeitgeber ab. Und Aleida macht eine erstaunliche Entdeckung. Der Anflug auf den Mars bringt neue Turbulenzen mit sich. Allerdings ergeben sich auch unerwartete Allianzen.

Nach der Landung auf dem Mars müssen sich die amerikanische und die sowjetische Crew ein Lager teilen. Das ebenfalls gelandete Helios-Team hat derweil seine eigene Basis. Ein persönliches Geständnis eines US-Astronauten lässt neue Spannungen aufkommen, was Ellen für eine Anordnung von oberster Stelle nutzt. Parallel tritt Karen wieder in den Dienst von Helios Aerospace ein. Sergei informiert Margo über einen besonderen Fund auf dem Mars, der vor der NASA geheim gehalten wurde. Eine Verletzung führt Danny unterdessen auf gefährliche Abwege.

Während Sergei in die Sowjetunion zurückbeordert wird, stattet Ellen ihrer Ex-Partnerin Pam einen Besuch ab. Auf dem Mars spricht sich Kelly gegen sofortige Bohrungen aus, findet im Helios-Team aber offenbar kein Gehör. Dannys wachsendes Drogenproblem zwingt Ed zu einer unpopulären Entscheidung. Aleida scheint Margo auf die Schliche zu kommen. Und mit einer gezielten Störaktion beschwört Danny ein Unglück herauf.

Der von Danny verursachte Zwischenfall bei den Bohrungen zieht Tote und Verletzte nach sich. Ed und Danny selbst finden sich in einer höchst prekären Lage wieder, die die drei Mannschaften zu einer Zusammenarbeit bewegt. Gemeinsam wird eine gewagte Rettungsmission ausgeheckt. Im Durcheinander treten bei Kelly große Neuigkeiten zu Tage. Währenddessen gesteht Ellen Pam ihre Gefühle.

Fünf Monate nach den dramatischen Geschehnissen sind die Reparaturarbeiten in vollem Gange. Danielle und Kosmonaut Grigory Kuznetsov suchen weit außerhalb der Basis nach einem Hilfsmittel. Aleida und Bill Strausser wissen, was Margo getan hat, gehen mit dieser Erkenntnis aber unterschiedlich um. Bei Helios stehen gravierende Veränderungen an. Angesichts einer aufziehenden politischen Krise sucht Ellen ihr Heil in der Offensive. Der schwangeren Kelly macht die Gesundheit zu schaffen, während Danielle und Grigory eine böse Überraschung erleben.

Staffelfinale: Ein Rückblick zeigt, wie ein nordkoreanischer Astronaut einige Zeit vor den anderen Teams auf dem Mars bruchlandet und den Kontakt zur Erde verliert. Danielle und Grigory finden ihn, als seine Vorräte langsam zu Neige gehen. Ellen wird zum Rücktritt gedrängt und wendet sich in dieser verzwickten Lage Pam zu. Margo bekommt Wind von den Ermittlungen des FBI. Und Sergei kann mit seinen Liebsten zu den Amerikanern überlaufen. Kellys angegriffener Zustand zwingt Ed zu einem riskanten Manöver. Danny muss die Konsequenzen für sein Handeln tragen. Und Houston wird von einem verheerenden Ereignis erschüttert.