故事承接《奇趣特工隊》系列動畫第二季。凱奇、閃電貓、艾爾、嘟嘟公主，四名超能小英雄組成的奇趣特工隊一如既往保護著小鎮和平。然而一天，來自未來的少女青青突然出現，并向特工們傳達了一件緊急狀況。一名未來世界的壞蛋檸檬博士，企圖穿越時空搗亂破壞所有關鍵時刻。為了保護世界，奇趣特工隊義不容辭。他們化身超時空奇兵，乘上時空飛船，一起出發回到不同地域不同時代的過去，并和各個時代的偉人名人并肩合作，展開了一場了解過去，守護過去，拯救過去的時空大作戰。