Сюжет начинается в Нью-Йорке из 2003 года, когда Черепашки-ниндзя сталкиваются с неожиданной загадкой. В их реальности появляются яркие, мультяшные Черепашки из классического мультсериала 1987 года. Эта комичная и хаотичная версия Черепах резко выделяется своими шутками, наивностью и более лёгким отношением к опасностям. Попав в незнакомый мир, герои из прошлого чувствуют себя сбитыми с толку, но вскоре начинают работать совместно со своими более серьёзными "альтернативными версиями".
Пытаясь разобраться в происходящем, обе команды обнаруживают, что причиной переплетения их миров стал очередной эксперимент коварного Крэнга. Невольно, этот опыт привлёк внимание злодея из современности — Шреддера, который быстро понимает масштаб нового шанса для завоевания мультивселенной.
Своих намерений Шреддер не скрывает. Узнав, что каждое поколение Черепашек связано через общую мультивселенную, он решает уничтожить "первоисточник" — первичную реальность Черепах, из которой вся история начиналась. Это становится основным каркасом кинематографического конфликта: если первичное реалие будет уничтожено, то исчезнут и все другие мирки вместе с их обитателями.
Чтобы остановить злодея, герои из разных годов объединяют усилия — и отправляются в путешествие по мульти-вселенной. Параллельно, команды встречаются с различными вариантами самих себя: от сюрреалистических чёрно-белых персонажей оригинальных Mirage Comics до невероятно утрированных, комедийных вариаций.