Марти, обычный подросток, с помощью удивительного изобретения — машины времени, созданной его близким другом, профессором Доком Брауном, совершает невероятное путешествие. Он переносится из привычных 80-х годов в совершенно другую эпоху — 50-е, где сталкивается с миром, полным ностальгии и неожиданностей.
В этом прошлом Марти неожиданно встречает своих будущих родителей, которые в то время сами были подростками, и ещё совсем молодого Дока Брауна. Эти встречи ставят его перед сложными дилеммами, ведь любое его действие может непредсказуемо повлиять на ход событий и изменить будущее.