Марти — типичный ботаник, отчаянно страдающий от собственных комплексов и неуверенности в себе. Местная шпана постоянно третирует несчастного подростка, а одноклассники считают его занудой и слабаком. Однажды герой случайно знакомится с пожилым профессором Эмметом Брауном. Когда-то старичок был известным ученым-физиком и трудился над секретным правительственным проектом. Но из-за своей одержимости изобрести машину времени утратил интерес к другим областям науки и превратился в изгоя.
На протяжении многих лет Эммет строит прибор, способный перемещать человека между эпохами. Вместе с Марти он решает провести рискованный эксперимент. Так тинейджер попадает из 1980-х годов в далекие пятидесятые. Он встречается со своими родителями, которые еще учатся в школе. И сталкивается с будущим профессором — молодым талантливым студентом, помешанным на естественных науках.
Юноша прекрасно понимает, что любое его действие может сильно повлиять на события будущего. Но все равно не оставляет попыток вселить уверенность в своего юного отца, который никак не отважится пригласить любимую девушку на свидание. И тогда путешественник во времени и его приятель Браун придумывают хитроумный план...