Año 2007. El día de Martha transcurre con normalidad mientras se dirige al Hospital Royal Hope, donde trabaja como residente. En unas horas tendrá lugar la celebración del cumpleaños de su hermano y está lidiando una pequeña batalla familiar al teléfono: a la celebración acudirá su padre acompañado de su nueva pareja, pero su madre no se encuentra preparada para reencontrarse con su exmarido y mucho menos cuando este ha pasado página y encontrado una nueva pareja. Un misterioso personaje hace que Martha pierda el hilo de este tema cuando se sitúa frente a ella y se quita la corbata, prosiguiendo después su camino. Extrañada por el comportamiento del hombre, continúa con las cuestiones a las que tiene que hacer frente ese día.
Una vez en el hospital, se reencuentra con el hombre misterioso. Su nombre es John Smith y no recuerda haber visto antes a Martha. Lo que parecía ser un día más en su rutinaria vida, cambia cuando descubre que el hospital ha sido secuestrado y teletransportado a la Luna por los Judonn, una raza alienígena con apariencia similar a la de un rinoceronte. Desde el primer momento, se aprecian sus ganas de ayudar a todas las personas que se encuentran en el centro, y se une al Doctor para ello. Es él quien le muestra otro mundo al hablarle de los Judoon y de su cometido en el hospital: son una raza de policía galáctica que está buscando a un peligroso criminal. La historia se complica cuando le confiesa que él también pertenece a otro planeta y que si los Judoon dan con él podrían pensar que es la persona a la que están buscando, por ello, tendrán que descubrir quién es el verdadero criminal. Juntos consiguen dar con el Plasmavore, un ser que se alimenta de la sangre de sus víctimas. La cuarentena del hospital finaliza tras este hallazgo y es de nuevo transportado a la Tierra, justo cuando el oxigeno del edificio estaba agotándose.
Durante la fiesta de cumpleaños de su hermano, una fuerte discusión familiar hace que Martha abandone el lugar y decida buscar al Doctor. Él la incita para que vivan una aventura más, pero ella rechaza la invitación pues tiene que realizar exámenes y pagar su alquiler. Cuando el Doctor le muestra que la TARDIS viaja en el tiempo (visitándola aquella mañana y quitándose la corbata frente a ella) y que podrá regresar instantes después sin perder un día de su vida ordinaria, ella acepta.
Martha viaja al siglo XVI para asistir a la representación de Trabajos de amor perdidos, de William Shakespeare, quien queda prendado de ella. Ilusionada con la posibilidad de los viajes en el tiempo, decide vivir una aventura más, en esta ocasión, en el futuro. El Doctor la lleva al planeta Nueva Tierra en el año cinco mil millones cincuenta y tres, donde Martha conoce al Rostro de Boe, una de las criaturas más ancianas de todo el universo.
Después de una aventura en la ciudad de Nueva York, Marthay el Doctor se materializan en el hogar de la joven para que ella vuelva a su vida. En ese momento, recibe la llamada de su madre para hablarle de su hermana: ha conseguido un nuevo empleo y está saliendo en televisión. En las noticias, el profesor Lazarus afirma que su descubrimiento cambiará el significado del ser humano, e intrigado, el Doctor decide acudir junto a Martha a la fiesta donde se realizará una demostración del descubrimiento. El hallazgo es impactante: Lazarus rejuvenece ante el asombro de sus invitados. Pero los dos aventureros quieren investigar más, y pronto dan con una situación inesperada, y es que el cuerpo rejuvenecido necesita alimentarse de otras personas para poder mantener esta modificación en el ADN. Finalmente, Martha y el Doctor resuelven la situación y todos los presentes en la fiesta están a salvo.
De regreso a casa de Martha. De regreso a ese adiós. Ella volverá a su vida y el Doctor continuará viajando. Martha está ante una difícil elección, se encuentra en el mundo que conoce, con su vida ordinaria; pero ahora también conoce otro mundo, el que el Doctor le ha mostrado. Finalmente, está preparada para convertirse en acompañante del Señor del Tiempo en lugar de una simple pasajera, y continúa viajando con él.
A partir de ese momento, atraviesa varias pruebas. En una de ellas llega a pensar que va a morir y realiza una llamada a su familia para despedirse. La más importante tiene lugar cuando el Doctor y ella son descubiertos por la Familia de Sangre. El Doctor tendrá que ocultarse de estos seres pues si absorben a un Señor del Tiempo esto les hará inmortales, y por ello pone su vida en manos de Martha cuando utiliza un artefacto que él denominada «arco camaleónico» que le hace convertirse en humano y olvidar todos sus recuerdos. A salvo en 1913, ella haciéndose pasar por doncella y él como el profesor John Smith, Martha es la única conocedora de su identidad y quien vela por él y por la TARDIS. Cuando la Familia de Sangre rastrea su localización y la vida del Señor del Tiempo está en peligro, es ella la encargada de hacer que el Doctor recupere su memoria y, sobre todo, le convenza de recuperar su identidad, muy solitaria, y deje a un lado todo lo que ha conseguido durante su etapa como humano, donde conoció el amor y volvió a sonreír.
Todas estas aventuras han preparado a Martha para enfrentarse a la gran prueba final. Mientras recargan combustible en Cardiff, Jack Harkness (ahora inmortal después de que Rose hiciera algo más que devolverle la vida en Satélite 5) corre hacia la TARDIS y el Doctor decide marcharse antes de que este pueda entrar. Pero Jack consigue agarrarse a la cabina y viaja por el vórtice temporal mientras la nave, que huye de su presencia, les lleva hasta el fin del mismo universo. Martha y el Doctor descubren a su polizón cuando salen a la superficie. Jack está aparentemente muerto, pero entonces resucita ante el asombro de Martha. Momentos después, descubren a un hombre huyendo de otros humanos que quieren alimentarse de él. El hombre les hablará de Utopia, hacia donde se dirigen juntos y donde conocerán al profesor Yana, quien trabaja incesantemente en un cohete para poner a salvo a la humanidad.
Martha descubre que el profesor Yana es en realidad un Señor del Tiempo que ha olvidado sus recuerdos al utilizar el mismo artefacto que el Doctor empleó para esconderse de la Familia de Sangre. Corre hacia su compañero para avisarle de este hecho, pero en ese mismo momento el profesor abre su viejo reloj y recuerda su nombre: el Amo. Adquiriendo sus recuerdos, se vuelve un ser mezquino al que su ayudante termina disparando. Él roba la TARDIS, donde comienza su regeneración. Martha, Jack y el Doctor son acorralados por los caníbales. Afortunadamente, Jack viaja con su manipulador del vórtice (a pesar de no funcionar) y el Doctor consigue arreglarlo y llevar a los tres hasta Londres, donde descubren que el Amo se ha convertido en el primer ministro de Gran Bretaña.
En casa de Martha, descubren que solo han transcurrido cuatro días desde que la joven comenzó a viajar junto al Doctor. Sin embargo, la realidad es muy diferente a la de entonces debido a que el Amo manipuló a la población para que votaran por él, utilizando la red Arcángel para influir en sus decisiones. Martha descubre que su familia está secuestrada por el Amo, quién además ha ordenado que ella sea asesinada.
Los tres aparecen en las noticias como personas peligrosas. Ahora tendrán que ocultarse de la vista de todos. Correr. El Doctor descubre la manera de hacer que nadie los vea y puedan avanzar hasta su objetivo, fabricando un filtro de percepción. Mientras tanto, el Amo anuncia que una raza alienígena contactó con él: los Toclafane. Traen tecnología, sabiduría y paz, y en un día dará comienzo su expansión por nuestro mundo.
El Doctor, Jack y Martha consiguen adentrarse en el portaaviones donde tendrá lugar el acto de bienvenida a los Toclafane. El mundo espera su llegada. Pero esta no es pacífica, y el presidente de los Estados Unidos es asesinado cuando el Amo da la orden. Los telespectadores quedan horrorizados. También la familia de Martha, que se encuentra en el portaaviones. El Amo deja su disfraz, dispara a Jack y, valiéndose de la tecnología que utilizó el doctor Lazarus para rejuvenecer, invierte esta para envejecer cien años al Doctor. Guiada por él, Martha huye utilizando el manipulador temporal de Jack.
Escapa para recorrer el mundo. Para luchar. Y lo hace siguiendo todo lo aprendido al lado del Doctor. Sin armas, utilizando solo palabras. Hablando con los sobrevivientes que se esconden de los Toclafane, contándoles todas las aventuras que ha vivido junto al Señor del Tiempo y todo lo que este ha hecho durante siglos por la humanidad y por el resto de universo. Pedirá a todas las personas que escuchan su historia que un día, en el momento indicado, piensen en él.
Durante un año recorre el mundo en solitario. Será la prueba más complicada y peligrosa para Martha. El mundo que conocía ha desaparecido: las Fuerzas Unificadas de Contención persiguen a quien no respete las nuevas leyes, y los Toclafane dejaron en la ruina a grandes ciudades. En este ambiente tiene que dar esperanza a los sobrevivientes, pidiéndoles que confíen en esa persona que tantas veces les salvó anteriormente.
Su filtro de percepción falla en algunas ocasiones, dejándola expuesta y en grave peligro. Finalmente es encontrada por el Amo y llevada de regreso al portaaviones. Una vez allí, ríe. Ha llegado el momento: la humanidad piensa en el Doctor y él canaliza toda la energía psíquica al estar conectado a la misma red que utilizó el Amo para ganar las elecciones. Esta energía le permite rejuvenecer y liberarse de su prisión. El Amo es derrotado. La paradoja es destruida y el último año desaparece de los recuerdos de la humanidad.
Se terminaron los Toclafane, el Amo y el peligro. Martha decide regresar a su hogar. Quería estudiar medicina para ayudar a los demás y ahora siente que hay gente que la necesita mucho más que el Doctor. Además, tiene sentimientos románticos hacia él y sabe que nunca serán correspondidos. Por esos motivos, decide volver a su vid ordinaria y abandonar las aventuras junto al Señor del Tiempo. Es evidente que se ha operado un cambio significativo en ella, pues cuando volvemos a verla se encuentra trabajando para UNIT, utilizando todo el conocimiento que adquirió durante sus viajes.
