El ingenioso doctor Brawn ha inventado una evolucionada máquina capaz de trasladarse en el tiempo. Su joven amigo Marty asiste a la primera prueba, pero como consecuencia de la imprevista presencia de unos terroristas árabes, algo sale mal y será Marty en lugar del doctor quien se traslada al pasado, gracias a lo cual, tendrá la oportunidad de hacer que sus adolescentes padres se conozcan.

Ayudado por su amigo Doc, Marty McFly viaja de nuevo en la máquina del tiempo para ayudar a su hijo en el futuro. Pero las cosas se complicarán esta vez, ya que el malvado Biff del año 2015 se hace con un manual deportivo que recoge los resultados de todas las competiciones entre 1950 y 2000, entregándoselo a su otro yo del año 1955. Cuando Marty regresa a su línea temporal habitual, en 1985, las cosas han cambiado bastante.