某日，科學家木江田博士駕駛他親手開發的鍬形蟲型時光機「Time Bokan（タイムボカン）」進行試運轉，但不久後回來的卻只有一隻鸚鵡──佩拉助（ペラ助），以及一顆號稱世界最高級的寶石「大奈瑪鑽石（ダイナモンド）」，博士本人卻神秘失蹤，行蹤不明。
為了尋找失蹤的祖父，博士的孫女淳子與博士的助手丹平組成搭檔，展開穿越時空的旅程，決心踏遍各個時代，找出博士的下落。
另一方面，一直暗中監視博士的惡黨三人組──由瑪喬為首的團夥──推測博士失蹤的地方必定有「大奈瑪鑽石」的線索，便一路追趕Time Bokan，試圖妨礙淳子與丹平的行動，並搶奪寶石。
後來，在第27話中，木江田博士終於回到現代，與丹平一行人再會。自此之後，故事主軸從尋找博士轉為阻止惡黨三人組奪取大奈瑪鑽石、以及幫助佩拉助尋找故鄉等各種時空冒險旅程，持續展開新一輪的鬧劇與冒險。
