故事發生在1985年的美國。主角馬蒂·麥佛萊（Marty McFly）是一個居住在加州山谷市保守家庭裏的17歲高中生，立志成為搖滾樂巨星。但馬帝的家境並不那麼好：馬帝的父親喬治（George McFly）是個懦弱的小上班族，常受上司畢夫·譚能（Biff Tannen）的刁難；母親羅蘭性格迂腐保守，看不慣任何新生事物。此時，馬帝正計劃著與女友珍妮佛（Jennifer）於週末時開家裏唯一的破車到湖邊露營；某天深夜，陪同與他交好的鎮上怪人布朗博士（Emmett "Doc" Brown）及博士的愛狗愛因斯坦，一起進行由德羅寧跑車DMC-12改裝而成的時光機測試，並負責攝影紀錄的工作，但不巧遇上利比亞恐怖分子向布朗博士追討用於驅動時光機的鈽、甚至槍殺了布朗博士。馬蒂為了躲避恐怖份子追殺，跳入時光車企圖逃離，但意外間開啟了時光機穿梭功能，回到了30年前。