故事承接上一季，未来世界的大坏蛋柠檬博士颠覆时空，破坏各种影响世界历史的关键时刻。为了守护历史保卫来之不易的现代世界。凯奇、闪电猫、艾尔、嘟嘟公主组化身超时空奇兵。为了阻止柠檬博士，特工们齐心协力，凭借勇敢与智慧，开始了一场比以往更艰巨，规模也更大的时空守护战。

奇趣特工队一如既往保护着小镇和平，然而来自未来的少女青青向特工们传达了一件紧急状况。一名未来世界的坏蛋柠檬博士，企图穿越时空捣乱破坏所有关键时刻。为了保护世界，奇趣特工队化身超时空奇兵，回到不同地域不同时代的过去，并和各个时代的伟人名人并肩合作，展开了一场了解过去，守护过去，拯救过去的时空大作战。

为了守护家族，少女特工楼靡音在一次次失败后终于夺得了0号档案。整个家族翻盘在望，却偏偏被对立家族中最强的那个穆家大少爷穆斐言，紧紧盯上了！百变的少女特工VS冷酷腹黑的傲娇大少爷，一场相爱相杀的追逐战就此展开。他轻轻的动了动嘴角:“又见面了，楼小姐。”

最倒霉的特工贝肯熊，为了重获认可，偷偷混入火星任务，不料却闯进了火星里的神秘世界，和要抓捕的火星怪物成为了朋友。在特工荣誉和友情之间，他将面临一场前所未有的考验。

津海市国安局接到线报，一名叫杜涛的嫌疑人将携带重要涉密文件出境。情报人员吴熙立即部署行动，成功将其拦截，不料，却并未在杜涛身上搜出任何涉密文件，狡猾的他还佯装晕倒，趁机逃窜。小巷内，神秘的黑衣人突然出现，枪指杜涛，逼他交出文件，杜涛以为他是间谍组织派来的杀手，连忙交代文件所藏之处。杀手得到满意答案，仍旧扣动扳机，一声枪响，杜涛惊讶发现，枪里却并没有子弹。黑衣人摘下口罩，原来他是国安局侦察科科长高天阳。深知中计的杜涛只好老实招认，自己受境外情报机构夜雾指示行动，而他与上线的联络方式，竟是通过一款名叫“特工任

凯奇是一个充满好奇心和正义感的男孩，他还有一个神秘的身份：奇趣特工队队长。他和他的伙伴们，调皮骄傲又听得懂外星语的宠物“闪电猫”、彬彬有礼、温和待人的管家“艾尔”、以及意外流落地球的外星访客“嘟嘟公主”，组成了守护小镇的奇趣特工队。

在超星特工的假期里，热爱赛车的猪猪侠与迷糊博士来到向往已久的竞速星球，往届冠军传奇车手银河的儿子星航，本地捡破烂的卜三、卜四和维修机器人小队，相继加入组队挑战超竞速大赛。面对使用违规加速化学剂的车手的恶意竞争，猪猪侠和星航逐渐产生友谊和默契，一起提升赛车技术，不断挑战赛车和自我的双重极限，最后成功突出重围跻身决赛圈。

为了阻止扰乱各个“关键时刻”达成自己阴谋的柠檬博士。凯奇、闪电猫、艾尔、嘟嘟公主，四名超能小英雄组成的奇趣特工队与青青一同奋战。他们化身超时空奇兵，并与不同时代的伟人名人一起齐心协力，一次又一次的挫败柠檬博士的计划。然而就在这时，一直协助奇趣特工的青青却被未来世界的超级特工以扰乱时空为名通缉。奇趣特工队在解决时空奇点之际，需要同时找出真相，拯救自己的伙伴。一场事关全时空的最终决战，即将打响。