2166年在伦敦发生第二次闪电战。在萨维奇杀死一对无辜母子后，时空猎人里普·亨特便请求时间委员会准许他集结一支兼具过往英雄和反派的队伍，赶在萨维奇毁掉未来前阻止他。之后他们回到了2016年，里普·亨特组建了队伍，但队员们并非对任务有多大兴趣。而亨特说服他们的借口，则是他们在未来都会成为一段传奇。
1975年，里普的团队相信萨维奇会把手头上的核弹头卖掉，决定潜入一场武器拍卖会。萨维奇认出了他们，对他们下了必杀令。里普的团队成功逃脱，但却留下了雷战衣上的零件。由于很生气雷粗心大意的举动，里普指出雷战衣的科技会被用来制造超级武器，直接导致中城在2016年被摧毁。里普的团队决定兵分两路，斯泰因教授、杰克斯和莎拉负责夺回雷战衣的零件，而雷、莱昂纳多和米克负责去找出在第一世被用来杀害肯德拉和卡特的匕首。
抵达了1975年的德国莱比锡，汪达尔·萨维奇目前的所在地。卡特死了，他的女友肯德拉出现了并发症并且状况一直在恶化，医疗仓给她注射了镇定剂。队伍要想办法打败萨维奇，但他们的小型远征逃生舰遭到了破坏。即使杀不死萨维奇，但可以拖慢萨维奇的脚步。吉迪恩告诉他们萨维奇很可能把钱存在布伦伯格集团。
里普的团队来到1986年的华盛顿特区寻找一份能帮助他们找到萨维奇的档案。里普的团队潜入五角大楼盗取了一份与苏联科学家瓦伦蒂娜·沃斯托克有关的档案。这时，克罗诺斯前来追捕里普的团队，里普被迫借助苏联战斗机对抗克罗诺斯。雷和史纳特负责与沃斯托克接触，而里普发现在莫斯科外发现时间异常。
萨维奇在斯泰因面前对雷和米克用刑，逼他供出火风暴的方程式。获取方程式时，瓦伦蒂娜发现斯泰因就是火风暴。里普的团队抵达古拉格营地时，瓦伦蒂娜正准备吸取热核反应堆的能力。史纳特成功救出米克和雷，但瓦伦蒂娜已和斯泰因合体成为苏联火风暴。杰佛逊进入斯泰因的意识，将他和瓦伦蒂娜分离。失去斯泰因和量子连接器，瓦伦蒂娜无法控制体内的核反应，最终自毁。里普的团队进入时间流时，被克罗诺斯袭击，他们迫降在2046年的星城。在这里，他们遇到了一个穿着绿色连帽衫的弓箭手。
原来穿着绿色连帽衫的弓箭手不是奥利弗·奎恩，他还攻击了里普的团队。里普的团队撤回到乘波号上维修飞船，以便离开2046年。里普、莎拉、史纳特和米克前往斯莫克科技寻找维修飞船不可或缺的一个零件。里普的团队赶上了市里一个黑帮和绿箭侠的交战。莎拉跟着这个治安维持者，结果发现他是约翰·狄戈尔的儿子，小名叫康纳·霍克。康纳相信奥利弗在斯莱德·威尔逊的儿子格兰特·威尔逊在十五年前带着一直军队来占领星城时已经逝去。里普和莎拉前往绿箭侠以前的藏身处，找到了奥利弗。奥利弗还活着，但失去了一只手臂。
由于里普已经无法掌握汪达尔·萨维奇的行踪了，他必须给吉迪恩进行软件升级。这时，里普的团队收到了来自另一艘时间飞船冥河号的求救信号。里普决定盗取这艘飞船的软件。里普、斯泰因博士、杰佛逊和米克登上冥河号。除了斯泰因，其他人都被想要盗取乘波号的时间海盗捉走了。时间海盗意图登上乘波号，却被里普启动了保护协议。因此，时间海盗对乘波号开火，造成船体损坏。莎拉和史纳特正在努力维修船体时，却被困在机房里，空气越来越稀薄。斯泰因试图救出被时间海盗囚禁的队友，雷则飞到太空从外部维修乘波号的船体，差点死掉。这时，米克出卖队友，把时间海盗带到乘波号上。里普和其他队友成功夺回冥河号，莎拉和史纳特则成功阻止米克和时间海盗占领乘波号。冥河号的船长为了报答里普，给吉迪恩提供了软件升级，并给萨维奇的行踪提供线索。史纳特向队友承诺会负责处理米克，不让他再辜负团队。史纳特把米克带到一个神秘的时间和地方，看似把他杀死了。
里普的团队前往1958年的俄勒冈州调查可能与萨维奇有关的连环凶杀案。通过潜入一家精神病院，莎拉发现萨维奇是那家医院的医生，名叫柯蒂斯·诺克斯。雷和肯德拉假扮成一对已婚夫妇，以便在邻里调查，结果发现萨维奇是自己的邻居。杰佛逊被萨维奇用第N金属陨石造出的怪物袭击。肯德拉和卡特曾经被类似的陨石赋予能量。杰佛逊在带一名伤者前往飞船时，被当地警察拦下来，并交给萨维奇。里普的团队前往病院与萨维奇交手，而萨维奇则给杰佛逊注射了第N金属，把他变成怪物。肯德拉与萨维奇正面交战，差点命丧，还好雷救了她。其他的队员则把杰佛逊救走。回到飞船后，斯泰因博士和吉迪恩一同研发出治愈杰佛逊和其他受害者的血清。克罗诺斯袭击乘波号，迫使飞船紧急撤离，把雷、莎拉和肯德拉留在1958年。
克罗诺斯使乘波号严重损坏，并带史纳特一起回去时间流。里普被迫重置吉迪恩，造成乘波号被困于时间流。两年过去了，雷和肯德拉一起生活，莎拉则重新加入刺客联盟。里普和团队来到1960年接走雷和肯德拉。全队前往南达尔巴特寻找莎拉，但莎拉已完全臣服于拉斯·厄尔·高福。莎拉把团队当闯入者拿下，并交给拉斯·厄尔·高福处决。里普提出比武审判，由肯德拉代表出战，而拉斯·厄尔·高福则派莎拉与之对决。克罗诺斯向史纳特揭露他就是米克·罗里。米克被史纳特遗弃后，时间之主找到他，并把他训练成赏金猎手。肯德拉成功唤醒莎拉时，克罗诺斯前来袭击。里普的团队成功打败克罗诺斯，并获知他就是米克·罗里。拉斯决定放走里普的团队。米克被关在乘波号上，队友准备改造他。
里普的团队前往2147年寻找萨维奇。他们发现萨维奇正在亲自培养一个名叫皮尔·德加顿的孩子。这个孩子长大后，会释放一种危及整个地球的病毒，助萨维奇统治世界。经过一番激烈讨论之后，里普的团队决定在皮尔犯下重大罪行之前，把他从时间线上抹去，阻止萨维奇取得霸权。由于绑架皮尔没有成功改变时间线，里普决定释放皮尔，并提醒他不要被萨维奇控制思想。不幸的事发生了，里普的团队介入皮尔的时间线后，反倒使皮尔更早犯下重大罪行。雷发现他战衣的科技被萨维奇用来造机器人军队，帮助他征服世界。而帮萨维奇造机器人军队的人是帕尔默家族的后代。跟史纳特冰释前嫌后，米克揭露时间之主已派猎人追杀整个团队，包括未能完成抓捕里普和其他队员任务的他。
