Zu Beginn der dritten Staffel wechselt die Handlung wiederholt zwischen den beiden Universen. Im "Real"universum infiltriert die Olivia des Paralleluniversums die Fringe Division und widmet sich der Untersuchung weiterer Fälle, die mit dem Paralleluniversum im Zusammenhang stehen. Dabei versucht sie jedoch heimlich, die Bemühungen der Fringe Division, die Bedrohungen durch das Paralleluniversum abzuwehren, zu sabotieren. Zudem beginnt sie eine Beziehung mit Peter, der sich zuvor bereits zur "echten" Olivia hingezogen fühlte. Walter hat derweil Bells Firma Massive Dynamic geerbt.