Doc tiene el coche-máquina del tiempo averiado, y está prisionero en la época del salvaje oeste. Por su parte, Marty McFly está en 1955 y acaba de encontrar una carta escrita por Doc en 1885. En ella, Doc le pide que arregle el coche, pero que no vaya a rescatarlo pues se encuentra muy bien en el pasado. Sin embargo el muchacho irá en su búsqueda cuando descubre una vieja tumba en la que lee que su amigo murió en 1885.

Aunque a Marty McFly todavía le falta tiempo para asimilar el hecho de estar viviendo dentro de la familia perfecta gracias a su anterior viaje en el tiempo, no le queda ni espacio para respirar cuando su amigo Doc aparece de improviso con la máquina del tiempo (mucho más modernizada), e insta a que le acompañen él y su novia a viajar al futuro para solucionar un problema con la ley que tendrá uno de sus futuros hijos. En la tremenda vorágine futurista, con todo lo que ello conlleva, del Hill Valley de 2015, la presencia de tales viajeros temporales causará un efecto mayor que el que iban a arreglar. Un almanaque deportivo y la posesión del secreto de la existencia de la máquina del tiempo por parte del siempre villano Biff Bannett, serán los ingredientes que conjugarán una causa-efecto en el pasado, en el presente y en el propio futuro, que hará que Marty y Doc se tengan que emplear a fondo para poner fin a la catástrofe a la que les lleva el destino.

Marty McFly es un adolescente amigo de Doc, un científico a los que todos menos él toman por chiflado. Cuando Doc crea una máquina para viajar en el tiempo en forma de un automóvil deportivo, Marty viaja accidentalmente al año 1955. Allí se encontrará con sus padres cuando eran jóvenes, pero impide su primer encuentro. A partir de entonces, y con el tiempo en su contra, McFly deberá conseguir que se enamoren para que se casen y él no deje de existir.