Em 1985, Michael J. Fox é Marty Mc Fly, um garoto de 17 anos, que é chamado pelo seu amigo Doc. Emmet Brown (Christopher Lloyd), um cientista ligeiramente louco, para ajudá-lo numa experiência científica. Ao chegar no local do experimento, o Doc. Brown revela a Marty sua curiosa invenção: uma máquina do tempo construída sobre um automóvel De Lorean.

Para a viagem se tornar possível, o De Lorean precisa atingir a velocidade de 88 milhas por hora e de um combustível especial: plutônio, que o Doc. Brown conseguiu roubando de uns terroristas líbios. Na hora em que Doc. vai embarcar numa viagem no tempo, os terroristas dos quais Doc. havia roubado o plutônio aparecem para resgatar o combustível e o Doc. Brown é baleado. Na fuga, Marty acaba entrando na máquina do tempo e sendo enviado acidentalmente para 1955.

Durante sua viagem ao passado, Marty não tem como retornar a 1985, pois o De Lorean só tinha plutônio para uma viagem no tempo. Quando Marty começa a procurar o Doc. Brown de 1955 para ajudá-lo a voltar para 1985, ele acaba esbarrando com seus futuros pais: George McFly (Crispin Glove) e Loraine Bains (Lea Thompson). Com isso, Marty acaba alterando a história do primeiro encontro de seus pais.

Agora, Marty precisa se certificar de que seus futuros pais se encontrarão e se apaixonarão, ou ele será "apagado da existência". Porém, o vilão Biff (Thomas F. Wilson), que é apaixonado por Loraine, fará de tudo para atrapalhar. Enquanto isso, Doc. Brown de 1955 tem que fazer de tudo para o seu plano dar certo e mandar Marty de volta para o futuro.