Марти, обычный подросток, с помощью удивительного изобретения — машины времени, созданной его приятелем, 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 знакомится с молодым Доком Брауном, ещё только начинающим свой путь. Эти встречи ставят его перед сложными дилеммами, способными повлиять на его собственное будущее.