Le film suit Tarlton, qui participe à sa deuxième traversée des États-Unis à vélo. Plus de la moitié des participants abandonnent cette course éprouvante, mais Tarlton est déterminé à remporter sa catégorie. « Until the Wheels Come Off » relate son odyssée de 12 jours, soutenu par sa famille et ses amis, dans un périple qui met à rude épreuve leurs limites physiques et émotionnelles. Le récit se développe à partir de ce postulat central.