1985年のカリフォルニア、ヒルバレー。高校生のマーティには彼女ジェニファーがいるが、性格の悪いクラスメイトのビフは何かと絡んでくる。そんなある日、発明家のドクはデロリアンでタイムトラベルの方法を発見。実験は成功するが、燃料であるプルトニウムを騙されて取られたリビアの過激派から撃ち殺されてしまう。一緒にいたことで命を狙われたマーティはデロリアンで逃走、そしてマーティの両親が結婚する前の過去、1955年にタイムスリップ。昔のドクに会い、未来へと帰る方法を探して貰うが、マーティの母親がマーティに恋をして…。