Cette série relate les aventures du Docteur, un extraterrestre de la race des Seigneurs du Temps (Time Lords) originaire de la planète Gallifrey et qui voyage à bord d'un TARDIS (Time And Relative Dimension In Space, ou Temps À Relativité Dimensionnelle Inter-Spatiale en français), une machine pouvant voyager dans l'espace et dans le temps. Particulièrement attaché à la Terre, il est régulièrement accompagné dans ses voyages par des compagnons, pour la plupart humains et féminins.

Le TARDIS du Docteur a l'apparence d'une cabine téléphonique de police bleue britannique des années 1960, le système de camouflage (permettant de se fondre au lieu et à l'époque où il se pose) étant resté bloqué lors du tout premier épisode de la série. Il est plus grand à l'intérieur qu'à l'extérieur, suscitant l'étonnement de ceux qui y entrent.

Dans la première série (1963-1989) le Docteur est un Seigneur du Temps parmi d'autres, alors que dans la seconde série (depuis 2005), il se présente comme le dernier survivant de sa race. Il aurait mis fin à la Guerre du Temps entre les Daleks et les Seigneurs du Temps, perdant ces derniers dans une autre dimension.

Comme tous les Seigneurs du Temps, le Docteur a le pouvoir de se régénérer lorsqu'il est mortellement blessé. Cette régénération s'accompagne de changements : il s'agit de la même personne, possédant les mêmes souvenirs, mais avec un corps et un caractère transformés. Traditionnellement, les différentes incarnations du Docteur sont désignées par leur place dans l'ordre chronologique. Par exemple, le « sixième Docteur » fait référence à la sixième incarnation du personnage.