Fugindo da destruição de Thundera, seu planeta natal, um grupo de felinos humanóides chega no terceiro planeta de um sistema solar. Entre os felinos estão: Lion, líder dos Thundercats apesar de parecer um tanto quanto inexperiente para isso; Panthro, excelente mecânico e mestre em artes marciais que usa seu nunchaku no combate aos vilões, e tem como única fraqueza o medo do morcego energia, uma criatura existente no terceiro mundo; Tygra, o calmo cientista e arquiteto do grupo que possui um chicote-boliadeira com o poder de torná-lo invisível, tendo como única limitação o fato de não saber nadar; Cheetara, capaz de desenvolver uma velocidade fora do normal enquanto corre e usa seu bastão acrobático para se defender, além disso a guerreira possui o Sexto Sentido, um poder psíquico capaz de prever acontecimentos, ter visões explicativas e uma ligação mental com outras energias psíquicas; Wilykit e Wilykat são as crianças do grupo, dois irmãos que possuem bombas de gás para qualquer eventualidade e pranchas voadoras como transporte; por último, mas não menos importante, o pequeno Snarf, protetor de Lion e responsável pelo lado mais cômico da série.
O líder Lion é portador de duas armas poderosíssimas. Uma, recebida pelo mestre Jaga, é o "Escudo Garra", uma luva metálica em forma da uma pata de Leão que é capaz de refletir e deter raios de energia e também possui a capacidade de lançar cordas escondidas em compartimentos especiais; e a mais importante a Espada Justiceira, onde está o olho de Thundera, a fonte de força de todos os gatos do trovão. Com a Espada Justiceira, Lion pode invocar todos os seus amigos com o sinal dos Thundercats, e também ter um aviso do perigo através da "Visão Além do Alcance".
Mas os ThunderCats não estão sozinhos no terceiro mundo. Lá também está Mumm-Ra, um ser semelhante a uma múmia que vive numa pirâmide mística, mais especificamente dentro de um sarcófago. Volta e meia ele evoca espíritos do mal para transformá-lo numa entidade mais poderosa capaz de enfrentar os ThunderCats, mas assim que vê seu reflexo em algum lugar, volta ao antigo estado decadente. Junto com Mumm-Ra age um grupo de mutantes vindos também de outro planeta, o Plun-Darr: O líder dos mutantes é o Escamoso, da linhagem réptil de Plun-Dar, foi quem comandou o comboio de naves mutantes que atacou as naves dos ThunderCats no momento da explosão de Thundera. Sua principal característica é a maneira de falar deixando soar mais forte a letra "s"; Abutre é o cientista e engenheiro da equipe mutante; Simiano é um dos generais mutantes, sendo um macaco ele tem uma força física acentuada mas em compensação seu intelecto é bem limitado; o Lobo na linhagem Plundariana, Chacal é o mais fraco, no físico, entre seus companheiros, mas é muito traiçoeiro; e Ratáro é um dos mais terríveis mutantes, chegando ao terceiro mundo meses depois dos ThunderCats e dos mutantes, trazendo consigo duas pequenas mas poderosas espadas onde estavam encravados os olhos do Rato, dois centros energéticos que rivalizavam com o Olho de Thundera.
Os ThunderCats tiveram que se adaptar ao seu novo habitat e para isso construíram a "Toca dos Gatos", uma fortaleza monumental capaz de abrigá-los e protegê-los de ataques inimigos, graças aos avançados equipamentos de rastreamento e artilharia. O que merece destaque no arsenal dos felinos é o famoso Thundertank. Construído por Panthro, o veículo é capaz de enfrentar quase qualquer tipo de terreno, possui diversas armas e nele é possível transportar todos os ThunderCats.
Alguns outros Thundercats apareceram ao longo da série como: Linx, o mais velho de todos os Thundercats, que por ter ficado cego, teve a audição e o tato super desenvolvidos. Sua arma é um pequeno escudo refletor que fica acoplado ao seu bracelete. Este super escudo é capaz de refletir qualquer energia ou onda sonora; o jovem ferreiro, Bengali, que tem como arma principal um inquebrável martelo Thunderiano capaz de lançar raios de energia e também invocar poderes desconhecidos até mesmo pelo próprio Bengali; e Pumyra que possui muita agilidade e podemos destacar sua capacidade de salto que é uma das mais altas entre todos os ThunderCats; além de Snarfinho, o sobrinho de Snarf.