Doc, un savant, crée une voiture à voyager dans le temps.
Alors qu'il en fait la démonstration au jeune Marty, il se fait tirer dessus. Marty prend le volant de la voiture et remonte le temps à bord de la DeLorean. Son but est simple : prévenir Doc de ce qui va arriver afin de le sauver..
Doc revient chercher Marty pour le faire partir à nouveau dans le futur. Rien se passe comme ils le voulaient. Biff, le pire enemi de Marty, vole l'almanach des sports et part dans le passée pour se l'offrir à lui même et devenir riche, puis repart dans le futur. Doc et Marty ne se sont pas rendus compte du vol et ils retournent dans leur époque. Là, ils découvrent que le monde a changé et que Biff est au pouvoir. Marty doit remonter le temps afin d'empêcher le Biff du futur de donner l'almanach au Biff du passé.
Doc remonte dans le temps mais il se retrouve bloqué en plein Far West. Il écrit une lettre destinée à Marty lui expliquant qu'il a vécu une belle vie et lui demande de ne pas essayer de venir le chercher. Marty remonte quand même le temps encore une fois pour sauver Doc. Mais il se retrouve bloqué à son tour. Ils doivent donc recréer une machine à voyager dans le temps. Le problème, c'est qu'aucun véhicule ne dépasse les 88 miles à l'heure à l'époque du Far West ! Leur dernière chance est un train qui est capable de franchir les 88 miles à l'heure. Ils accrochent donc la DeLorean à l'avant du train. Ils n'ont pas le droit à l'erreur, une seule chance leur est donnée. Marty réussit a retourner dans son époque à temp mais Doc, lui, fait le choix de rester dans l'époque du Far West pour se consacrer à sa famille.