Első évad
Az első évad bemutatja a legfontosabb szereplőket, és felvázolja az induló történet alapvonalait. X Professzor, Küklopsz, Farkas, Ciklon és Jean Grey alkotják az eredeti X-men csapatát. Az évad folyamán az X-menek rangsora megszilárdul, ahogy csatlakozik hozzájuk Árnyék az első részben, Árnymacska a másodikban, Tüske az ötödikben és Vadóc a hetedikben (ő korábban, a harmadik részben, a Testvériséghez csapódott). Az évad további részeiben Árnyék fényt derít vér szerinti anyja kilétére, Farkas eloszlatja a múltját borító homályt, Vadóc egy nagy hátraarccal az X-menekhez pártol, és Xavier féltestvére, Bulldózer kiszabadul fogságából.

Napirenden vannak az összecsapások a Testvériséggel, akik az X-menekkel versengve toborozzák új tagjaikat. Varangy az első, akit megismerünk, őt követi Lavina, Haspók és Higanyszál. A Testvériség, melyet Mystique vezet, valójában egy magasabb erő (Magneto) befolyása alatt áll, akinek kilétére csak az utolsó, dupla epizódban derül fény. Miután Küklopsz megtudja, hogy öccse, Alex túlélte azt a repülőszerencsétlenséget, melyben szüleik meghaltak, Magneto mindkettejüket elrabolja, és M-Aszteroida nevű főhadiszállására hurcolja. Magneto több X-ment és Testvériség-tagot foglyul ejt, hogy egy kísérlet során felfokozza mutáns képességeiket és kiirtsa az érzelmeiket. Scott és Alex Summers elpusztítja az M-Aszteroidát, ám előtte két azonosítatlan repülő fémgömb hagyja el a felrobbanó sziklát.

Második évad
A második évad során jó néhány új mutánssal bővül az X-menek csapata. A Bayville-i Gimnázium kémia- és testnevelés-tanára, Bestia, immár X-manként, a Xavier-intézet tanára lesz, ahová egy sereg új diák érkezik: Robbancs, Napfolt, Jégember, Farkasfű, Magma, Többszörös ember, Jubileum, Elektro és Ágyúgolyó. Kiderül továbbá, hogy az M-Aszteroidán látszólag elpusztult gonosztevők életben vannak. Kardfog tovább vadászik Farkasra, és Magneto is tovább szövi nagyratörő terveit. Mystique egy gimnazista lány, Risty Wilde alakját ölti, Vadóc barátnője lesz, egy házibuli során bejut a Xavier-intézetbe, és ellopja a Cerebrón tárolt adatokat. Segítségükkel megtalálja Wanda Maximoffot, a Skarlát Boszorkányt, Magneto lányát és Higanyszál nővérét. Az érzelmileg labilis mutáns Mystique feltűnésével egy időben csatlakozik a Testvériséghez, és győzelemre segíti őket az X-menekkel vívott csatában, a Bayville-i nagyáruház falai közt. A finálé előtt egy előremutató epizódban a telepata Mesmero kinyitja a három ajtó egyikét, melyek az Apokalipszis néven ismert mutáns nyughelyét rejtik.

Az utolsó dupla epizód kezdetén Xavier szigorúan megparancsolja X-menjeinek, hogy a Testvériséggel karöltve szálljanak szembe Magnetóval. Küklopsz haragjában, amiért korábbi ellenfeleivel kell társulnia, faképnél hagyja a csapatot. Kisvártatva működésbe lép az intézet önmegsemmisítő rendszere, miközben Küklopsz és jó néhány diák még ott van a falak között. Magneto mindeközben összeverbuválja Csatlósait, Kardfogat, Gambitot, Pyrót és Kolosszust, hogy velük vívja meg harcát az X-men / Testvériség csapata ellen. Ugyanekkor Farkast foglyul ejti Bolivar Trask, hogy rajta próbálja ki új antimutáns fegyverét, az Őrrobotot. Magneto ravasz csellel rászabadítja az Őrrobotot a városra, így kényszerítve az X-meneket, hogy a nyilvánosság előtt használják erejüket. Wanda Magneto nyomára jut, és megtámadja, miközben Magneto éppen az őt célba vevő Őrrobotot igyekszik hatástalanítani. Az Őrrobot felrobban, alázuhan, és látszólag agyonzúzza Magnetót. A mutánsok, kiket az Őrrobot nem ejtett foglyul, visszatérnek az intézet romjaihoz, és látják, hogy Küklopsz és a diákok sértetlenül jönnek elő a falak közül. Scott kiragadja Xaviert a tolószékéből, és azzal vádolja, hogy ő robbantotta fel az intézetet. Mindenki döbbenetére Xavier kárörvendően talpra áll, és Mystique-ké változik.

Harmadik évad
A harmadik és negyedik évad során a történet jóval komorabbra fordul. Az Őrrobottal vívott harc nyomán a mutánsok léte többé nem titok, és a közvélemény ellenségként tekint rájuk. A sorozat az X-men történetek hagyományosabb fordulatait követi, az előítélet, a tömeghisztéria és tömegpánik témáit variálja. Az évad során az igazi Xavier megkerül, Scott megleckézteti Mystique-et, az intézetet újjáépítik, és az X-menek visszatérhetnek a Bayville-i Gimnáziumba. Wanda tovább vadászik Magnetóra (akit fia, Higanyszál az utolsó pillanatban megmentett), egészen addig, míg Magneto a telepata mutáns, Agymester segítségével meg nem szépíti gyerekkori emlékeit. Scott és Jean között mélyebb kapcsolat szövődik; Varangy viszonzatlan szerelemre lobban Wanda iránt; Árnyékot csúf külseje ellenére megszereti gimnazista társa, Amanda; Tüske pedig, amikor erejét nem tudja szabályozni többé, elhagyja az X-meneket, és úgy dönt, hogy a csatornalakó mutánsok, a Martalócok között él tovább.

Vadóc epizódról epizódra, fokozatosan veszíti el uralmát ereje fölött, míg végül betegszobába kerül. Ekkor jut tudomására, hogy Mystique nem más, mint a mostohaanyja. Mystique Sors nevű mutáns barátnője látomásaiból megtudja, hogy Vadóc és az ő végzetét egy ősi mutáns tartja a kezében, akinek feltámadása küszöbön áll. Az utolsó előtti, dupla epizódban végre színre lép Apokalipszis. Mesmero, miután kinyittatta Magnetóval a második kaput, Mystique-et és a hipnotizált Vadócot használja eszközül a harmadik kapu felnyitásához. Mystique a művelet során kővé változik. Apokalipszis magába szívja Vadóc felfokozott erejét, könnyedén legyőzi az X-menek, Magneto és Csatlósai, valamint a Testvériség egyesült csapatát, majd kiemelkedik sírjából.

Negyedik évad
Az utolsó évad mindössze kilenc részből áll. A nyitó epizódban Apokalipszis látszólag elpusztítja a rá támadó Magnetót, Vadóc pedig Mystique-kal végez oly módon, hogy kőszoborrá dermedt alakját lelöki egy szikláról, Árnyék legnagyobb bánatára. A Testvériség ideig-óráig a jótevő szerepében tetszeleg; Farkas kamaszlány-klónja, X-23 visszatér és bosszút áll tönkretevőin; Tüske és a Martalócok a felszínre törnek; Árnymacska egy mutáns kísértetre bukkan; Vadócot elrabolja Gambit, és Louisianába viszi, hogy segítsen kiszabadítani apját; Xavier pedig Skóciába utazik, ahol szembesül tudathasadásos fiával, Lucasszal. Leech is felbukkan, még mint kisfiú.

A fináléban Apokalipszis legyőzi Xaviert és Ciklont, s Magnetóval és Mystique-kal együtt Négy Lovasává változtatja őket. Megparancsolja nekik, hogy védjék három piramisát és "műveleti bázisát", a Szfinxet, ahonnan az X-gének szétszórásával a Föld teljes lakosságát mutánssá akarja változtatni. A végső csatában a Lovasok visszanyerik eredeti énjüket, és Apokalipszist újra bezárják az időkapszulába. Vadóc és Árnyék elutasítja anyjuk bocsánatkérését; Árnymacska és Lavina újra egymásra talál; Magneto kibékül Wandával és Higanyszállal; Ciklon és Tüske szintén összeölelkeznek, Xavier pedig láthatja, amint diákjai az X-men csapataként újra egyesítik erőiket.