Die erste Hälfte der zweiten Staffel ist in zwei unabhängig voneinander laufende Handlungsstränge aufgeteilt. Ein Handlungsstrang behandelt die Ereignisse rund um die Luke, der andere die Erlebnisse der Floßfahrer Michael, Jin und Sawyer. Eines der übergreifenden Themen der zweiten Staffel ist die anhaltende Bedrohung durch die nach wie vor geheimnisvollen Anderen. Des Weiteren werden mit einigen Überlebenden aus dem hinteren Teil des Flugzeuges neue Charaktere eingeführt und einige Geheimnisse rund um die Insel gelüftet, unter anderem das Geheimnis der Luke. Doch gleichzeitig tauchen auch wieder neue Mysterien auf: so lernen die Überlebenden beispielsweise die DHARMA-Initiative kennen. Unter der Luke befindet sich eine Forschungsstation, genannt Der Schwan. Erbaut wurde die Station, wie auch andere Stationen, die im weiteren Verlauf der Serie auf der Insel gefunden werden, von der bereits erwähnten DHARMA-Initiative, die in den 70er und 80er Jahren mittels dieser Stationen Forschungen auf der Insel betrieben hat. Die Schwan-Station verfügt über Strom, fließendes Wasser und einen Nahrungsvorrat. Alle 108 Minuten muss die Zahlenfolge 4, 8, 15, 16, 23, 42 in einen Computer eingegeben werden, die gleichen Zahlen, die auch in Hurleys Leben bereits eine bedeutende Rolle gespielt haben. Der einzige Bewohner der Forschungsstation ist ein Mann namens Desmond Hume, der dort die letzten drei Jahre isoliert von der Außenwelt verbracht hat, jedoch nun bald das Weite sucht und die Überlebenden mit der Aufgabe, die Zahlenfolge regelmäßig in den Computer einzugeben, alleine lässt. John Locke, der seit seiner wundersamen Heilung infolge des Absturzes glaubt, eine besondere Verbindung zur Insel zu besitzen, nimmt diese Aufgabe dabei anfangs besonders ernst. Michael, Jin und Sawyer sind derweil nach der Zerstörung ihres Floßes wieder auf der Insel gestrandet, wenn auch weit entfernt von den übrigen bekannten Überlebenden. Hier treffen sie auf Überlebende aus dem bis dahin verschollenen hinteren Teil des Flugzeugs, von denen jedoch infolge diverser Todesfälle und Entführungen durch die Anderen nur noch fünf verblieben sind, darunter die ehemalige Polizistin Ana-Lucia Cortez, Elizabeth „Libby“, der nigerianische Priester Mr. Eko und Bernard, der Ehemann von Rose Nadler, die sich zum Zeitpunkt des Absturzes im vorderen Teil des Flugzeugs befand. Gemeinsam machen sie sich nun auf den Weg zum Lager der bekannten Überlebenden, der sie quer durch den Dschungel führt. Michael seilt sich unterdessen von der Gruppe ab, mit dem Ziel, seinen Sohn auf eigene Faust zu finden und aus den Fängen der primitiv wirkenden Anderen zu befreien. Noch vor dem Eintreffen im Lager der Überlebenden des vorderen Flugzeugteils, wird die Stewardess Cindy von den Anderen entführt. Diese wird in den folgenden Staffeln mehrfach wohlbehalten in Gesellschaft der Anderen gesehen. Beim Zusammentreffen der beiden Gruppen kommt es zu einem Zwischenfall, bei dem Shannon versehentlich von Ana-Lucia getötet wird. Wieder vereint, treffen Jack, Locke, Kate und Sawyer dabei zum ersten Mal auf die Anderen, die den Überlebenden Frieden versprechen, wenn diese eine bestimmte Grenze auf der Insel nicht überschreiten. Kurz darauf nehmen die Überlebenden einen Mann gefangen, der zunächst von sich behauptet, ein Mann namens Henry Gale zu sein, der mit einem Heißluftballon auf der Insel abgestürzt sei. Sayid, der diesen Behauptungen nicht traut, gelingt es jedoch, „Henry“ der Lüge zu überführen. In der Zwischenzeit hat sich Michael, der nach wie vor seinen Sohn zurückhaben möchte, auf einen Handel mit den Anderen eingelassen. So befreit Michael „Henry“, indem er Ana-Lucia und Libby tötet und im Anschluss Sawyer, Jack, Hurley und Kate in eine Falle der Anderen lockt. Daraufhin bekommt er tatsächlich seinen Sohn zurück und darf gemeinsam mit ihm die Insel mit einem Boot verlassen. Sawyer, Jack und Kate bleiben in Gefangenschaft der Anderen, während Hurley zurück ins Lager der Überlebenden geschickt wird. Inzwischen hat Locke aufgrund neuerer Entdeckungen auf der Insel seinen Glauben an den Sinn seiner Aufgabe, die Zahlenfolge in den Computer einzugeben, verloren. Als er sich jedoch bewusst weigert, die Aufgabe weiter durchzuführen, und den Countdown verstreichen lässt, baut sich ein starkes elektromagnetisches Feld auf. Der mittlerweile wieder zurückgekehrte Desmond begreift, dass ein ähnliches Ereignis einige Monate zuvor die Ursache für den Absturz des Flugzeugs gewesen sein muss, und löst in seiner Verzweiflung eine Notabschaltung aus, die zu einem gewaltigen elektromagnetischen Impuls führt und auf der ganzen Insel als helles Licht und ohrenbetäubendes Geräusch wahrgenommen wird. Im Lager der Überlebenden schlagen daraufhin Trümmer von der Station ein. Von den Personen, die sich zu der Zeit in der Station oder deren unmittelbarer Nähe befinden, kehrt nur Charlie zum Lager zurück, während das Schicksal von Locke, Mr. Eko und Desmond vorerst ungewiss bleibt. Auch außerhalb der Insel wird dieser Impuls von einer kleinen Forschungs- bzw. Messstation registriert, woraufhin deren Insassen ihre Entdeckung an Desmonds Freundin Penelope „Penny“ Widmore, die seit Jahren nach ihm sucht, weiterleiten. Mit diesen Szenen, die das erste Mal seit dem Absturz die Welt außerhalb der Insel in der Gegenwart zeigen, endet die zweite Staffel.