Dopo essere state accidentalmente esposte a un mutagene, quattro tartarughe vengono accolte da un ratto di nome Splinter che le alleva come figli e insegna loro le arti marziali. Il giorno del loro 15° compleanno, le Tartarughe Ninja possono lasciare per la prima volta le fogne in cui sono cresciute e possono finalmente visitare le strade di New York! Ma la Grande Mela ha in serbo alcune sorprese per le quattro intrepide Tartarughe Ninja, e i guai sono solo all'inizio!
La serie è stata annunciata per la prima volta nell'ottobre 2009, in seguito alla notizia che la società madre di Nickelodeon, Viacom, aveva acquisito i diritti del franchise delle Teenage Mutant Ninja Turtles. Lo show è stato creato per raggiungere un pubblico di ragazzi di età compresa tra i 6 e gli 11 anni; si trattava di una parte della strategia di Nickelodeon per riavviare due marchi affermati per nuovi spettatori, in concomitanza con lo sviluppo da parte di Nickelodeon Animation Studio di nuovi episodi di Winx Club per ragazze. Nel 2011 è stato rivelato che il team creativo dello show sarebbe stato guidato dal disegnatore Ciro Nieli e dagli scrittori J. R. Ventimilia e Joshua Sternin.
Durante i mesi precedenti alla prima, Nickelodeon e Playmates Toys hanno rilasciato linee di merchandising con i nuovi design dei personaggi. La première in due parti si è svolta il 28 e il 29 settembre 2012 e ha raggiunto 3,9 milioni di spettatori. Gli ascolti del debutto sono stati i più alti per una serie animata di Nickelodeon dal 2009 e hanno portato all'acquisto di una seconda stagione in ottobre. Seguirono altre tre stagioni; la quinta e ultima stagione fu ribattezzata Tales of the Teenage Mutant Ninja Turtles e non andò completamente in onda su Nickelodeon, poiché gli episodi 115-121 furono trasmessi in esclusiva sul canale gemello Nicktoons.
La serie è stata seguita da Rise of the Teenage Mutant Ninja Turtles nel luglio 2018.
Il maestro di Ninjutsu Hamato Yoshi (Splinter) sta trasportando le sue quattro tartarughe per le strade di Manhattan quando incontra i membri di una razza aliena chiamata Kraang. Durante un alterco con questi alieni, Yoshi e le tartarughe vengono esposti alla sostanza chimica dei Kraang, chiamata mutagene, che provoca grandi trasformazioni fisiche negli esseri organici. Yoshi assume le caratteristiche di un ratto marrone e le tartarughe assumono caratteristiche umane. Yoshi si ritira nelle fogne di New York dove cresce le quattro tartarughe come suoi figli e trasmette loro la sua conoscenza del ninjutsu.
Ormai adolescenti, le tartarughe (Leonardo, Raffaello, Donatello e Michelangelo) si avventurano per la prima volta in superficie e scoprono che i Kraang stanno usando il mutagene come parte del loro piano per conquistare New York City. Fanno amicizia con l'adolescente April O'Neil dopo che lei e il padre psicologo Kirby vengono rapiti dai Kraang. Donatello, che ha preso una cotta per April, riesce a salvarla. Mentre Kirby rimane prigioniero dei Kraang, April diventa un'alleata delle tartarughe, che cercano di aiutarla a ritrovare suo padre. April viene anche addestrata da Splinter per diventare una kunoichi, una donna ninja.
Dopo aver appreso della presenza di Splinter e delle tartarughe a New York, il fratello adottivo di Splinter e nemico di lunga data, Shredder, si reca lì dal Giappone e ordina al suo clan di nascita, il Piede, di rintracciare Splinter e i suoi figli e di porre fine al loro clan. Venuto a conoscenza della presenza dei Kraang attraverso la figlia adottiva Karai, Shredder stringe un'alleanza con gli alieni per distruggere i loro reciproci nemici del clan Hamato.
Le tartarughe scoprono poi che i Kraang sono arrivati sulla Terra dalla Dimensione X e hanno costruito il loro quartier generale con un'azienda chiamata TCRI e stanno tramando per usare il mutageno e una serie di poteri simili a quelli dei Kraang con cui April è nata per convertire la Terra in un pianeta adatto alla loro razza. Dopo che le tartarughe hanno salvato Kirby, i Kraang invadono New York, ma le tartarughe e April ne escono trionfanti quando fanno precipitare in mare il Technodrome, la nave del leader Kraang Kraang Prime. Nel frattempo, Splinter combatte contro Shredder e scopre che Karai è sua figlia, Hamato Miwa, rapita da Shredder e convinta che Splinter abbia ucciso sua madre. La stagione si conclude con le tartarughe che festeggiano la loro vittoria sui Kraang mentre Splinter nasconde loro il segreto di Miwa.
Le tartarughe lottano per contenere un'epidemia di mutazioni che si verifica grazie ai residui di mutageni dell'invasione Kraang, che è stata sventata. Kirby è una delle vittime dell'epidemia e un malinteso porta April a rompere la sua amicizia con le tartarughe. Tuttavia, le tartarughe riescono a guadagnarsi il suo perdono quando la salvano da Karai, che ha preso temporaneamente il comando del Piede mentre Shredder è in Giappone. Insieme ad April arriva anche il suo nuovo amico Casey Jones, che aiuta a respingere un assalto alla tana delle tartarughe. Kirby viene infine riportato alla sua forma umana quando Donatello riesce a creare un'altra sostanza chimica Kraang chiamata retro-mutagene, che fa sì che gli esseri organici invertano le loro principali trasformazioni fisiche.
Nel frattempo, Shredder torna dal Giappone con il cacciatore di taglie giapponese mutato Artiglio di Tigre come suo nuovo comandante in seconda. Artiglio di Tigre viene successivamente inviato attraverso un portale nella realtà della serie animata del 1987-1996, ma poi ritorna nella realtà del 2012.
Durante una battaglia con le tartarughe, Karai viene informata della sua vera natura da Leonardo (che ha sviluppato una cotta per lei fin dalla prima stagione), ma è troppo riluttante per accettarlo. Quando viene portata nel covo, finalmente capisce la verità e ripudia Shredder, che risponde imprigionandola. I ripetuti tentativi di liberare Karai alla fine riescono, ma Shredder la cattura di nuovo e la usa come esca per uccidere il clan Hamato. Tuttavia, Karai finisce per trasformarsi in una vipera cornuta albina, con grande orrore di tutti.
In risposta a ciò, Shredder fa in modo che il Clan del Piede aiuti i Kraang, che hanno appena perfezionato il mutageno precedentemente instabile, a lanciare una seconda invasione di New York, iniziando a distruggere il covo delle tartarughe e costringendole ad abbandonarlo. I Kraang iniziano a mutare la popolazione di New York, compreso Kirby, nonostante gli sforzi dell'esercito terrestre e delle tartarughe. Leonardo rimane gravemente ferito quando subisce un'imboscata da parte di tutto il Piede e Splinter viene apparentemente ucciso durante una battaglia con Shredder. Le tartarughe, April e Casey sono costrette a fuggire nella casa estiva della famiglia O'Neil a nord di New York, mentre il Kraang conquista con successo Manhattan.
Il gruppo si rifugia nella casa estiva della famiglia O'Neil a North Hampton per riprendersi dalle perdite subite per mano dei Kraang e del Clan del Piede. Leonardo impiega molto tempo per riprendersi, ma guidato da un'apparizione di Scheggia riesce a superare le ferite fisiche e mentali. Alla fine tornano a New York con l'obiettivo di trovare Splinter, Karai, Kirby e gli altri alleati scomparsi e liberare la città dai Kraang. Riescono a trovare Splinter e stabiliscono una base temporanea nell'Antonio's Pizza abbandonata, mentre Donatello inizia a lavorare su nuovi campioni di retro-mutagene e la ricerca di Kirby e Karai continua.
Nel frattempo, Shredder invia i suoi nuovi tirapiedi Bebop e Rocksteady alla ricerca di Karai. Il duo riesce a trovare Karai e Shredder promette di curarla. Le tartarughe si imbattono in una nuova squadra, i Mighty Mutanimals, e riescono a scacciare i Kraang dalla Dimensione X e a liberare New York. L'effetto dell'invasione fa sì che Shredder consolidi il controllo della malavita della città grazie ai suoi sforzi per creare un siero per il controllo mentale destinato alle tartarughe, ai Mutanimals e a Karai.
In seguito, la maga del tempo Renet offre alle tartarughe di viaggiare nel passato, dove incontrano un giovane Hamato Yoshi e Oroku Saki, oltre alla defunta moglie di Yoshi e madre di Karai, Teng Shen. Durante la battaglia tra Yoshi e Saki all'interno del dojo in fiamme del clan Hamato, Shen viene accidentalmente uccisa da Saki, che invece voleva uccidere Yoshi. Saki lascia il dojo dopo essersi bruciato i capelli a causa dell'incendio e rapisce Miwa, la figlia di Yoshi e Shen, giurando di crescerla come Karai e lasciando Yoshi a morire. Dopo la sua fuga, le tartarughe salvano Yoshi, come erano "sempre state destinate a fare", prima di tornare nel presente con Renet.
Quando i Kraang tornano sulla Terra, le Tartarughe scoprono che i Kraang hanno un altro nemico dalla Dimensione X sotto forma di Impero Triceraton. Nonostante i loro sforzi e nonostante Shredder abbia violato la tregua temporanea del Clan del Piede con le Tartarughe pugnalando Splinter durante il combattimento, gli spietati Triceraton attivano il Cuore di Tenebra, una macchina che crea un buco nero e che annienta i Kraang, la Terra e tutti i suoi abitanti. Ma proprio quando le cose si mettono male per le Tartarughe, April e Casey, vengono salvate da un robot amichevole di nome Professor Honeycutt (noto anche come Fugitoide) che usa la sua navicella per portare le Tartarughe, April e Casey in un viaggio nello spazio.
Dopo che le Tartarughe, April e Casey si sono salvate dalla distruzione della Terra, il Fugitoide usa la sua astronave Ulixes per viaggiare sei mesi indietro nel tempo, in modo che lui e le Tartarughe possano impedire all'Impero Triceraton, guidato dall'Imperatore Zanmoran, di assemblare nuovamente i tre componenti del Cuore di Tenebra sparsi nell'universo prima che tutto sulla Terra vada perduto. Oltre a combattere i Triceraton, le Tartarughe affrontano anche nuovi nemici nello spazio, come Lord Vringath Dregg del pianeta Sectoid e il cacciatore di taglie Armaggon, e vivono anche un'avventura con le loro controparti interdimensionali del 1987 e con il loro nemico Krang, parente esiliato di Kraang Subprime. Nonostante gli sforzi delle Tartarughe, i Triceraton sono ancora in grado di raccogliere tutti e tre i pezzi del Generatore di Buchi Neri, solo che le Tartarughe tornano sulla Terra e uniscono le forze con il loro passato per avvertire Splinter prima che venga ucciso da Shredder, fermare il detonatore del Cuore di Tenebra e sconfiggere i Triceraton. Il Fugitoide distrugge il Generatore di Buchi Neri vicino alla flotta spaziale dei Triceraton, facendolo esplodere e presumibilmente uccidendo i Triceraton. In seguito alla lotta contro i Triceraton, le versioni passate delle Tartarughe, April e Casey lasciano la Terra con il Fugitoide del passato nell'Ulixes mentre la testa del Fugitoide del presente si riattiva nell'orbita terrestre.
Settimane più tardi, dopo che l'Invasione di Triceraton è stata sventata e il Clan del Piede è scomparso, April viene promossa a kunoichi quando arriva la strega Shinigami e si scopre che è amica di Karai mentre complottano per ricostruire il Clan Hamato e sbarazzarsi di Shredder che si sta ancora riprendendo dal suo ultimo scontro con Splinter. Mentre Karai e Shinigami hanno ottenuto alcuni ninja dalla loro parte, il Clan del Piede rafforza l'esercito dei Footbot creando gli Elite Footbot. Inoltre, alcune altre organizzazioni criminali stanno complottando per conquistare il territorio del Clan del Piede e un frammento di cristallo dal potere inimmaginabile che April ha ricevuto dagli alieni Aeons durante la loro avventura nello spazio sta iniziando a esercitare un'influenza nefasta su di lei. Utilizzando una speciale formula mutagena creata da Stockman-Fly, Oroku Saki si riprende e diventa Super-Shredder per riprendere il controllo del Clan del Piede. Una volta ottenuta una formula stabile, Super-Shredder attacca le Tartarughe, i Mighty Mutanimals, Karai e gli Shinigami; alla fine Splinter cade in battaglia contro Super-Shredder e viene sepolto nella casa estiva della famiglia O'Neil a North Hampton. Questo porta alla battaglia finale nella villa nascosta di Super-Shredder dove Leonardo riesce a uccidere Super-Shredder e a lanciare il suo Kuro Kabuto mutato alle altre Tartarughe per la vittoria.
Dopo la morte del Super-Tritacarne, Artiglio di Tigre ha guidato i non meglio specificati Cultisti del Piede a ottenere la Pergamena del Demodrago e uno speciale amuleto di controllo chiamato "Sigillo degli Antichi" che gli permetterebbe di evocare il demodrago Kavaxas. Quando Kavaxas viene evocato dall'aldilà, Artiglio di Tigre progetta di usare le capacità di Kavaxas di esprimere desideri per riportare in vita Shredder. Dopo aver dimostrato l'abilità di rianimazione su Rahzar, caduto in una battaglia sottomarina contro Leatherhead, Kavaxas dichiara che avrà bisogno del Kuro Kabuto che contiene le energie mentali di Shredder. Quando Rahzar e Artiglio di Tigre recuperano il Kuro Kabuto dopo che Kavaxas ha prosciugato l'anima dell'ex braccio destro di Shredder, Hattori Tatsu, Kavaxas afferma che per ottenere la rinascita hanno bisogno del cuore di Shredder. Il Clan del Piede ottiene il cuore di Shredder che era in possesso di Don Vizioso. Dopo aver messo il cuore di Shredder sul suo cadavere, Kavaxas inizia a lavorare per riportare in vita Shredder come Zombie Shredder. Questo va contro i piani di Artiglio di Tigre quando Shredder non morto distrugge il Sigillo degli Antichi che permette a Kavaxas di far risorgere gli spiriti dell'Oltretomba per governare entrambi i mondi. Mentre il fantasma di Splinter aiuta coloro che combattono in superficie, Michelangelo riesce a usare una gomma per riattaccare il Sigillo degli Antichi, permettendo a Kavaxas di annullare i suoi danni e di aprire il portale verso l'aldilà, mentre Shredder Zombie trascina Kavaxas nell'aldilà.
In seguito, le Tartarughe affrontano diverse sfide come il ritorno di Lord Dregg che collabora con Newtralizer, il trasporto nella realtà di Miyamoto Usagi dove aiutano a proteggere il carlino Kintaro dal malvagio lupo grigio Jei, un'avventura in un futuro alternativo governato da animali mutanti e un'altra avventura che prevede il ritorno di Savanti Romero che collabora con il Conte Dracula per rendere la Terra più abitabile per i mostri.
Nel finale della serie, le Tartarughe, April, Casey, Karai, Shinigami e i Mighty Mutanimals si alleano presto con le controparti del 1987 delle Tartarughe Ninja. Insieme, affrontano il ritorno di Bebop e Rocksteady, reclutati dalle controparti del 1987 di Shredder e Kraang. I cattivi progettano di conquistare la Terra sia nella realtà del 1987 che in quella del 2012 con un Technodrome completamente potenziato dopo che Bebop e Rocksteady sono stati accidentalmente lasciati indietro. Mentre le Tartarughe e i loro alleati combattono un'orda di Soldati a Piedi della realtà 1987-1996 e i Soldati a Roccia del 2012 guidati da Traag e Granitor, Bebop e Rocksteady scoprono l'infido piano di Shredder e Krang per distruggere la Terra e scelgono di diventare eroi per salvare il pianeta.
Un finale alternativo, distribuito come film made-for-TV Raphael: Mutant Apocalypse, presenta un flash forward di diversi decenni nel futuro, a seguito di una grave catastrofe, mentre Raffaello attraversa una Terra desolata, incontrando Donatello (la cui coscienza è stata trasferita in un robot), Michelangelo (che è diventato un guru hippie, "The Holy Chalupa") e infine Leonardo, che ha perso la memoria e la sanità mentale ed è mutato nell'arcicattivo Maximus Kong, prima che Raffaello riesca a riattivare la coscienza di Leonardo, riunendo i quattro personaggi principali per un lieto fine.
Il maestro di Ninjutsu Hamato Yoshi (Splinter) sta trasportando le sue quattro tartarughe per le strade di Manhattan quando incontra i membri di una razza aliena chiamata Kraang. Durante un alterco con questi alieni, Yoshi e le tartarughe vengono esposti alla sostanza chimica dei Kraang, chiamata mutagene, che provoca grandi trasformazioni fisiche negli esseri organici. Yoshi assume le caratteristiche di un ratto marrone e le tartarughe assumono caratteristiche umane. Yoshi si ritira nelle fogne di New York dove cresce le quattro tartarughe come suoi figli e trasmette loro la sua conoscenza del ninjutsu.
Ormai adolescenti, le tartarughe (Leonardo, Raffaello, Donatello e Michelangelo) si avventurano per la prima volta in superficie e scoprono che i Kraang stanno usando il mutagene come parte del loro piano per conquistare New York City. Fanno amicizia con l'adolescente April O'Neil dopo che lei e il padre psicologo Kirby vengono rapiti dai Kraang. Donatello, che ha preso una cotta per April, riesce a salvarla. Mentre Kirby rimane prigioniero dei Kraang, April diventa un'alleata delle tartarughe, che cercano di aiutarla a ritrovare suo padre. April viene anche addestrata da Splinter a diventare una kunoichi, una donna ninja.
Dopo aver appreso della presenza di Splinter e delle tartarughe a New York, il fratello adottivo di Splinter e nemico di lunga data, Shredder, si reca lì dal Giappone e ordina al suo clan di nascita, il Piede, di rintracciare Splinter e i suoi figli e di porre fine al loro clan. Venuto a conoscenza della presenza dei Kraang attraverso la figlia adottiva Karai, Shredder stringe un'alleanza con gli alieni per distruggere i loro reciproci nemici del clan Hamato.
Le tartarughe scoprono poi che i Kraang sono arrivati sulla Terra dalla Dimensione X e hanno costruito il loro quartier generale con un'azienda chiamata TCRI e stanno tramando per usare il mutageno e una serie di poteri simili a quelli dei Kraang con cui April è nata per convertire la Terra in un pianeta adatto alla loro razza. Dopo che le tartarughe hanno salvato Kirby, i Kraang invadono New York, ma le tartarughe e April ne escono trionfanti quando fanno precipitare in mare il Technodrome, la nave del leader Kraang Kraang Prime. Nel frattempo, Splinter combatte contro Shredder e scopre che Karai è sua figlia, Hamato Miwa, rapita da Shredder e convinta che Splinter abbia ucciso sua madre. La stagione si conclude con le tartarughe che festeggiano la loro vittoria sui Kraang mentre Splinter nasconde loro il segreto di Miwa.