Геніальний учений Еммет "Док" Браун (Крістофер Ллойд / Christopher Lloyd) випадково переноситься на машині часу в 1885 рік. Він повідомляє про це своєму другові Марті МакФлаю (Майкл Джей Фокс/Michael J. Fox) у листі, який доходить до адресата в 1955 році. З архіву газет Марті дізнається, що Док загине від рук прадіда Біффа Таннена - Буфорда "Скаженого Пса" Таннена (Томас Вілсон / Thomas F. Wilson). Марті ухвалює рішення вирушити в минуле, щоб запобігти смерті друга і повернутися разом із ним у рідний 1985 рік. Опинившись у минулому, Марті ледве не потрапляє в полон до індіанців, але за допомогою свого прапрадіда Сімуса МакФлая залишається на волі та знаходить Дока Брауна в Гілл Веллі. Марті вдається вмовити Дока повернутися назад, але все змінюється, коли Браун закохується в місцеву вчительку Клару Клейтон (Мері Стінбурген / Mary Steenburgen). Вона не вірить у подорожі в часі й відкидає нещасного закоханого.
Щоб здійснити стрибок у часі, мандрівникам треба знайти спосіб розігнати автомобіль ДеЛореан до швидкості 130 км/год. Єдина можливість зробити це в 1885 році - поставити автомобіль на залізницю попереду поїзда, що їхав попереду. Але організувати повернення друзям заважає Буфорд Таннен, який переслідує їх і намагається застрелити Марті або Дока. Завдяки кмітливості Марті їм все ж вдається дістатися до залізниці вчасно. Залишаються лічені хвилини до того, як поїзд розжене ДеЛореан. У цей момент Клара усвідомлює, що Док говорив правду про подорожі в часі. Верхи на коні вона наздоганяє локомотив. Що обере Док Браун - повернення додому в майбутнє чи щастя з коханою жінкою в минулому? Як каже сам Док: "Твоє майбутнє залежить від тебе, тому постарайся зробити його кращим".