Martin (interpretado por Michael J. Fox) viaja dos anos 80, onde vivia, para 1955 e, com base numa carta deixada pelo seu grande amigo, o Doutor Emmett Brown (interpretado por Christopher Lloyd), datada de 1885, encontra a máquina do tempo desenvolvida pelo doutor. Pensando que poderia usar esta máquina para regressar ao futuro, Martin descobre inesperadamente a lápide do doutor, revelando que ele foi assassinado pouco depois de ter deixado a carta. Para salvar o Doutor Emmett, Martin viaja na máquina do tempo até ao Oeste Americano de 1885. Conseguirá Martin alterar o curso da história e salvar a vida do doutor? Conseguirão os dois regressar com sucesso ao futuro?