Varoitus:Seuraava kirjoitus paljastaa yksityiskohtia juonesta.
Vuosi Silppuria (Brian Tee) vastaan käydyn taistelun jälkeen, Teini-ikäiset mutanttininjakilpikonnat elävät yhä varjoissa, ja ovat antaneet Vern Fenwickin (Will Arnett) ottaa kunnian Silppurin pysäyttämisestä. VanginvartijaCasey Jonesin (Stephen Amell) kuljettaessa Silppuria toiseen vankilaan, Jalkaklaani–joka nyt tekee yhteistyötä tiedemies Baxter Stockmanin (Tyler Perry) kanssa–hyökkäävät ja yrittävät vapauttaa Silppurin. Stockmania vakoillut April O’Neil (Megan Fox) oli ehtinyt varoittaa kilpikonnia, jotka yrittävät estää Jalkaklaanin aikeet. Stockman onnistuu tästä huolimatta auttamaan Silppurin pakoon teleportaatiolaitteen avulla. Mutta Silppuri päätyykin toiseen ulottuvuuteen, jossa avaruusolio ja sotalordi nimeltä Krang antaa hänelle mutageenisäiliön aseeksi kilpikonnia vastaan vastineeksi siitä, että Silppuri etsisi ja kokoaisi kolmesta osasta koottavan teleportaatiolaitteen päästääkseen hänet Maahan.
Silppuri värvää avukseen kaksi samassa vankiautossa kuljetettua rikollista, Bebopin ja Rocksteadyn, ja Stockman muuttaa heidät Krangin mutageenillä voimakkaiksi eläinmutanteiksi. April näkee tämän ja varastaa mutageenisäiliön. Jalkaklaanin jahdatessa häntä, Casey pelastaa hänet, mutta säiliö joutuu poliisin käsiin. Donatello saa selville aineen voivan muuttaa heidät ihmisiksi, mutta Leonardo kieltäytyy käyttämästä sitä ja käskee pitää asian salassa. Michelangelo kuitenkin kuulee tästä ja kertoo Raphaelille, joka päättää Michelangelon kanssa noutaa mutageenisäiliön poliisilaitokselta. He värväävät Aprilin, Caseyn ja Vernin auttamaan, mutta Jalkaklaani saa säiliön ennen heitä ja poliisit saavat tietää kilpikonnien olemassaolosta. Veljekset pääsevät pakoon, mutta April ja Casey pidätetään.
Silppuri on jo saanut kaksi teleportaatiolaitteen osaa haltuunsa ja kilpikonnat seuraavat Bebopia ja Rocksteadya Brasilian sademetsiin, mistä nämä olivat jo löytäneet viimeisen osan. Kilpikonnat hyppäävät lentokoneeseen, ja vaikka taistelu päättyy lentokoneen tekemään pakkolaskuun, Bebop ja Rocksteady saavat vietyä viimeisen osan Silppurille. Silppuri ja Stockman viimeistelevät laitteen, jolla Krang ja hänen sotakoneensa Technodrome pääsevät Maahan. Krang kuitenkin pettää Silppurin ja jäädyttää tämän osaksi kukistamiensa vihollisten kokoelmaa.
Kilpikonnat eivät pysty varjoista kukistamaan Krangin kaltaista vihollista. Leonardo on valmis antamaan veljiensä käyttää mutageeniä ja muuttua ihmisiksi, mutta Raphael päättää särkeä säiliön ja kilpikonnat hyväksyvät itsensä sellaisina kuin ovat. Vernin haltuunsa saaman valvontakameranauhan avulla kilpikonnat paljastavat poliisipäällikkö Rebecca Vincentille (Laura Linney) Stockmanin ja Silppurin rikokset ja saavat hänet vapauttamaan Aprilin ja Caseyn. Poliisin myönnettyä kilpikonnille tukensa, kilpikonnat lähtevät kohtamaan Krangin, joka yhä kokoaa Technodromea. Samalla Casey onnistuu uudelleenvangitsemaan Bebopin ja Rocksteadyn, kun taas April ja Vern yrittävät riistää Silppurin luutnantilta, Karailta (Brittany Ishibashi), teleportaatiolaitteen hallinnan. Kilpikonnat löytävät lähettimen, joka kokoaa Technodromen osia, ja lähettävät takaisin portaalia kohti. Aprilin, Caseyn ja Vernin tuhottua teleportaatiolaite, Technodromen osat sekä kostoa vannova Krang imeytyvät takaisin omaan ulottuvuuteensa.
Vincent ja New Yorkin poliisivoimat kiittävät kilpikonnia kaupungin hyväksi tehdystä työstä, mutta kilpikonnat päättävät yhä pitää olemassaolonsa salassa siviileiltä, pitäen nykyistä elämäntyyliään hauskempana.
