Det er næsten 30 år siden, Dr. Sam Beckett trådte ind i Quantum Leap-acceleratoren og forsvandt. Nu er et nyt hold, ledet af fysikeren Ben Song, blevet samlet for at genstarte projektet i håb om at forstå mysterierne bag maskinen og manden, der skabte den. Alt ændrer sig dog, da Ben tager et uautoriseret spring ind i fortiden og efterlader holdet for at løse mysteriet om, hvorfor han gjorde det. Ved Bens side gennem hele hans spring er Addison, som optræder i form af et hologram, kun Ben kan se og høre. Hun er en dekoreret hærveteran, der tilfører sit job ensartet præcision. Mens Ben springer fra liv til liv og retter op på det, der engang gik galt, bliver det klart, at han og holdet er på en spændende rejse. Men de ved også, at hvis de skal løse mysteriet om Bens spring og bringe ham hjem, skal de handle hurtigt eller miste ham for altid.
