Timeless raconte l'histoire d'un mystérieux criminel qui dérobe une machine à voyager dans le temps secrète et ultra-moderne, déterminé à détruire l'Amérique telle que nous la connaissons en modifiant le passé. Le seul espoir réside dans une équipe improbable : une scientifique, un soldat et un professeur d'histoire, qui doivent utiliser le prototype de la machine pour remonter le temps jusqu'à des événements cruciaux. Tout en devant faire tous les efforts possibles pour ne pas affecter le passé eux-mêmes, ils doivent également garder une longueur d'avance sur ce fugitif dangereux. Mais cette équipe triée sur le volet parviendra-t-elle à percer le mystère de tout cela et à mettre fin à sa destruction avant qu'il ne soit trop tard ?