Repleto de pasión por los viajes y con una renovada curiosidad por explorar el tiempo y el espacio, el Cuarto Doctor abandonó todos los lazos del exilio en la Tierra de su anterior encarnación, dispuesto a viajar por el cosmos. Inicialmente viajó junto a Sarah Jane Smith y Harry Sullivan; aunque Harry decidió permanecer en la Tierra cuando tuvo esta oportunidad. El Doctor y Sarah continuaron sus aventuras hasta que él fue citado en Gallifrey, obligando a Sarah a quedarse atrás, ya que los humanos no tenían permitida la entrada al planeta en ese momento.
Tras dejar Gallifrey, conoció y viajó junto a Leela de los Sevateem. Durante dichos viajes con ella, el Doctor tuvo un nuevo compañero, un perro robot llamado K9. Volviendo de nuevo a Gallifrey para detener una invasión, Leela y el K9 original se quedaron allí. Bajo las órdenes del Guardián Blanco, el Doctor empezó a buscar la llave de tiempo con su compañera la Señora del tiempo Romana y K9 Mark II. Una vez concluyó la búsqueda, el Doctor y Romana huyeron del Guardián Negro. No mucho después, Romana se regeneró en un nuevo cuerpo y continuó viajando junto al Doctor y K9. Cuando intentaron responder a una citación Gallifreyana, el trío entró accidentalmente en un universo más pequeño del Espacio E.
Durante sus viajes en el E-Espacio, el Doctor consiguió una nueva compañía, la del adolescente genio matemático Adric. Romana y K9 se quedaron en el E-Espacio, mientras que el Doctor y Adric partieron hacia el N-Espacio. Allí encontraron a una princesa trakenita llamada Nyssa y un humano llamado Tegan. El cuarteto impidió satisfactoriamente la destrucción del universo a manos del Amo; sólo a costa de la vida de esta encarnación.