Як і в попередніх частинах, події відбуваються на однойменному кораблі у XXV столітті. Команда виконує доручення Планетарного союзу, відкриває невідомі планети та куточки галактики, а також раз у раз вляпується в пригоди.
Другий сезон завершився спробами розібратися з петлею часу та апаратурою, яка дає змогу переміщати об'єкти і людей через роки. На борту з'являється ще одна Келлі, щоправда, висмикнута з іншої часової лінії - семирічної давності. Її, попри сумніви, залишають. Дві копії не ладнають, Ед спочатку клює на молоду, але потім розуміє, що йому більше подобається нинішня версія. На слід "Орвілла" виходять кайлони, петлі часу ще більше заплутуються і майбутнє змінюється, Ед і Келлі так і не грають весілля, і через це вся команда так і не зібралася. Проте герої об'єднуються, знаходять покалічений "Орвілл" із Бортусом на дні Маріанської западини і виправляють таймлайн. Усе стає на круги своя.
У 3-ій частині хід часу відновлено, і героям нічого не заважає знову вирушати у відкритий космос із черговою місією. Автори стверджують, що вони продовжать розвивати вже наявні лінії, а також врахують ті скарги та побажання, які глядачі залишали в інтернеті. Відомо, що Еда відсторонять від займаної посади, проте він не стане здаватися і спробує повернутися.