布朗博士（克里斯托弗·洛伊德飾）發明的時光機器在實驗中遭遇意外，好友馬丁（邁克爾·J·福克斯飾）被迫駕駛這輛DeLorean穿越至1955年。為避免因歷史改變導致自己消失，馬丁一面尋找30年前的博士，一面介入年輕父母喬治（克里斯平·格洛弗飾）與洛蓮（莉·湯普森飾）的相識過程。然而喬治懦弱的性格令馬丁屢次受挫，意外導致洛蓮愛上自己的荒誕局面。在惡霸貝夫（托馬斯·F·威爾森飾）的阻撓下，馬丁通過校慶舞會設計喬治挺身對抗貝夫，并促成二人的關鍵初吻。博士最終完成時間機器的能量改裝，馬丁在最后一刻啟動裝置重返1985年。當他回到現實時發現歷史已被改寫：懦弱的父親成為暢銷書作家，母親恢復青春活力，貝夫則淪為卑微的擦車工。博士警告他時空連續體仍存在隱患，而馬丁已帶著對未來的全新認知駛向未知的旅程。