Timeless volgt een mysterieuze crimineel die een hypermoderne tijdmachine steelt om het verleden te veranderen en zo Amerika te vernietigen. De enige hoop is een onverwacht team – een wetenschapper, een soldaat en een geschiedenisprofessor – dat het prototype van de machine gebruikt om terug in de tijd te reizen naar cruciale momenten. Ze moeten voorkomen dat ze het verleden beïnvloeden, terwijl ze de gevaarlijke voortvluchtige een stap voor blijven. Kan dit team het mysterie ontrafelen en de vernietiging stoppen voordat het te laat is?
