У 4 сезоні "Доктора Хто" Доктор продовжує свої подорожі крізь час і простір зі своєю новою супутницею Донною Ноубл. Разом на них чекають різноманітні пригоди, битви та зустрічі зі смертельно небезпечними ворогами. Сезон починається з того, що Доктор і Донна розслідують діяльність "Адіпоуз Індастріз" - компанії, яка використовує інопланетні технології для перетворення жиру на маленьких істот. Вони також знайомляться з Рівер Сонг, загадковою жінкою, яка має тісний зв'язок з майбутнім Доктора. Незабаром вони виявляються втягнутими в битву між Далеками та культом Скаро, що призводить до повернення Роуз Тайлер і фінальної сутички на Горнилі Далеків.
У своїх подорожах Доктор і Донна також відвідують стародавнє місто Помпеї в день його руйнування, де зустрічаються з Пайровілами, расою лавових істот. Вони також стають свідками появи жахливих Уд, які потрапили в рабство до людей. Намагаючись врятувати їх, Доктор стикається з правдою про свій власний народ, Повелителів Часу та руйнівну Війну Часу.
Потім Доктор і Донна вирушають на планету Опівніч, де опиняються в пастці на шатлі з таємничою сутністю, яка вселилася в одного з пасажирів. Напруга зростає, і Доктору та Донні доводиться працювати разом, щоб розкрити справжню природу істоти та врятуватися.
Протягом сезону Доктор і Донна також стикаються з таємничою міс Фостер та її зловісними справами, пов'язаними з адіпоузами, сонтаранцями, поверненням Марти Джонс і зловісними махінаціями лиходія Давроса. Тим часом стосунки Доктора та Донни поглиблюються, оскільки вони стикаються з небезпекою, втратами та самопожертвою.
У захопливому фіналі Доктор і його супутники об'єднуються з групою колишніх компаньйонів і союзників, щоб протистояти Далекам та їхній зброї, що змінює реальність, - Бомбі реальності. Коли всесвіт висить на волосині, Доктор приносить найвищу жертву, щоб врятувати людство і все суще, що призводить до шокуючого та емоційного фіналу.