La serie mezcla imágenes de animación en 2D y 3D. En un viaje espacial experimental fallido, los cuatro tripulantes de la nave sufren importantes transformaciones como consecuencia de la acción de rayos cósmicos. El científico Reed Richards gana la habilidad de estirar su cuerpo en diversas contorsiones y adopta el nombre de Mr. Fantástico.

Su mujer, Sue Richards, recibe el poder de hacerse invisible y crear campos de fuerza, haciéndose llamar a sí misma La Mujer Invisible.

Su hermano pequeño, Johnny Storm gana la habilidad de controlar el fuego, convirtiéndose en La Antorcha Humana.

Y el piloto Ben Grimm se convierte en una criatura extrafuerte hecha de roca, que se llamará La Cosa.

Juntos, usarán sus poderes únicos para ayudar al mundo a combatir sus múltiples amenazas, y para derrotar los malvados planes de su igualmente poderoso archienemigo, Doctor Doom.