Benjamin "Ben" Tennyson è un ragazzino di dieci anni amante delle avventure, dei fumetti e di tutto ciò che è "anormale". Una volta terminata la scuola, si appresta entusiasta a trascorrere una lunga e avventurosa vacanza in campeggio con il camper del nonno Max, ben presto però, tutto il suo entusiasmo svanisce, quando scopre che la dovrà trascorrere con sua cugina Gwen; la scoperta risulta fastidiosa per entrambi e diventa causa di litigi. Alla fine gli animi si calmano e nonno Max riesce a portarli a visitare una foresta, i due cugini però, rimangono astiosi fra loro, e la cena naturalistica preparata da nonno Max, contribuisce a peggiorare il clima a tal punto di far andare via Ben. D'un tratto Ben osserva una luce verde precipitare al suolo; spinto dalla curiosità, va subito a vedere e, all'interno di una capsula, trova un oggetto simile ad un orologio, il quale, animato di volontà propria, si attacca immediatamente al braccio di Ben che cerca invano di rimuoverlo premendo per errore un pulsante che lo trasforma all'istante in un alieno di fuoco, "Inferno".
La serie ricalca la storia dell'ormai sedicenne Ben Tennyson, portatore dell'Omnitrix, un dispositivo simile ad un orologio che consente all'utente di trasformarsi in tutti gli 1.000.091 alieni presenti nel suo database. Dopo l'inseguimento del malvagio clown Zombozo, Ben rimane solo a Bellwood poiché Gwen, sua cugina, va al college e Kevin ha trovato lavoro vicino al college di lei. Ben è dispiaciuto ma diviene finalmente un eroe solitario. In ogni caso il nonno di Ben, Max Tennyson, che sapeva già della partenza di Gwen e Kevin, gli assegna un nuovo compagno: Rook Blonko. Rook è un Risolutore alle prime armi già molto agile, scattante e abile nel combattimento e nella teoria. Più avanti, durante una missione nel sottosuolo scopre Undertown, una città aliena nella quale poi si svolgeranno gran parte delle avventure successive. In tutto questo, Ben diventa il bersaglio di un misterioso cacciatore di alieni chiamato Khyber e avrà dieci nuovi alieni a sua disposizione.
È passato un anno dalla sconfitta di Vilgax da parte di Ben. La nuova serie animata si focalizza sull'ora sedicenne Ben Tennyson e sul suo segreto, che ormai non è più tale essendo stato rivelato al mondo intero, rendendolo un "supereroe megastar internazionale", amato dai bambini di tutto il mondo, ma guardato con sospetto dagli adulti. Con a disposizione la nuova e misteriosa versione dell'Omnitrix, chiamata "Ultimatrix", Ben Tennyson, insieme a Gwen e Kevin, entrerà in azione in posti mai visti prima.
Durante una fiera dei cosplay, I Tennyson si ritrovano ad affrontare l'elmo del Cavaliere Immortale che si impossessa delle persone..
Cinque anni dopo gli eventi occorsi nella prima serie, l'ormai quindicenne Ben Tennyson è tornato ad avere la normale vita di tutti i giorni. Finiti i suoi giorni da eroe, Ben si è tolto l'Omnitrix ed è presto passato dall'essere un bambino a comportarsi come un ragazzo sicuro di sé. Tuttavia, la misteriosa scomparsa di nonno Max lo spinge ad indossare ancora una volta l'Omnitrix e, insieme a sua cugina Gwen e ad un Kevin Levin completamente cambiato, a cercare di localizzarlo. Ma non è questo l'unico obiettivo della squadra appena formata: dovranno cercare l'aiuto dei figli dei Risolutori originali (una forza interplanetaria, desiderosa di mantenere la pace nell'universo, con membri sia umani che alieni) ed allo stesso tempo respingere gli attacchi da parte di una nuova minaccia aliena, i Supremi. Una volta sconfitti i Supremi, Ben, Gwen e Kevin continuano le loro avventure, spesso avendo ancora a che fare con numerose minacce aliene. Queste ultime comprendono diversi nemici del passato di Ben, come Vilgax, il Dr Animus, Pelle d'Oca, Vulkanus, Incantatrice e lo Stregone.