평소 친분이 있는 괴짜 발명가 에메트 브라운 박사가 스포츠카를 개조해 타임머신을 만드는 데 성공하지만 테러범들의 습격으로 사망하자, 테러범들을 피해 타임머신을 타고 도망치던 마티는 급기야 30년 전으로 가게 된다. 한편, 마티는 당시 젊었던 아버지와 어머니의 만남을 의도치 않게 방해하게 되면서, 자신이 태어나지 못하게 될 위기에 처한다. 더구나 마티는 미래로의 귀환에 난항까지 겪게 된다.