来自同一所小学不同年级的孩子雷鸣、余阳、罗佳、娇娇、球球，机缘巧合之下进入了隐藏在街角玩具店地下的神秘实验室，在毫不知情的情况下激活了实验室内的巨型时光机并被意外地传送回了古代，结果他们发现自己身处的历史和书上讲的不一样，似乎受到了坏人的破坏。于是，正义的孩子们团结起来 ，利用实验室内获得的宝物找到伪装成古人伺机偷取重要历史物件的时空猎人并将其打败，使历史故事恢复了本来面目。回到现实时空后，孩子们与实验室的女主人纪双双共同了解了事情的真相，原来时空猎人均是邪恶的乱博士手下，而实验室被激活的时光机正好可以帮助孩子们粉碎乱博士的阴谋。为了阻止坏人再次作恶，纪双双带领五个孩子成立了时光战队，他们穿梭时空，凭智慧勇气和科技的力量一次又一次挫败了乱博士的计划，拯救了无数历史故事，守护了时空，捍卫了历史。
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