우여곡절 끝에 과거에서 현재로 무사히 돌아온 마티 맥플라이는 숨 고를 겨를도 없이 에메트 브라운 박사 손에 이끌려 미래로 향하는 드로리안에 또다시 몸을 싣는다. 이유인 즉슨, 미래의 마티 주니어가 대형 사고를 쳐 감옥에 간다는 것. 30년 뒤 미래인 2015년에 당도한 마티와 브라운 박사가 사건을 수습하는 동안, 마티와 원수지간인 비프 태넌이 인생을 바꿀 중요한 물건인 스포츠 연감과 함께 드로리안을 타고 과거로 사라진다. 다시 현대로 돌아온 마티와 브라운 박사는 뒤죽박죽이 되어 버린 세상에 소스라치게 놀라는데...

마티 맥플라이(마이클 J. 폭스)는 평범한 고등학생이다. 그런데 평소 친하게 지내던 괴상한 발명가 에메트 브라운 박사(크리스토퍼 로이드)가 스포츠카 드로리안을 개조해 타임머신을 만들고, 뜻밖의 사고로 브라운 박사가 테러범들에게 총을 맞고 위험해진 상황에서 마티는 30년 전으로 가게 된다. 극장 간판에는 2류 배우인 로널드 레이건이 보이고 청년인 아버지와 어머니를 보게 된다. 젊은 아버진 멍청하고, 어머니는 미래의 아들인 마티를 좋아해 야단이다. 마티가 미래로 가는 것을 도와 줄 사람은 30년 전인 젊은 브라운 박사뿐인데...

1955년에 남겨진 마티는 박사의 흔적을 찾는다. 브라운 박사가 1855년으로 갔음을 알게 되고, 폐광 속에 숨겨져 있던 드로리안을 찾아낸다. 1855년의 서부에 도착한 마티는 드로리안의 고장으로 곤경에 빠지지만, 맥플라이 가문의 선조인 세이머스와 매기 부부의 도움을 받고 박사도 만난다. 고장 난 드로리안으로 시간 여행을 하기위해서는 그에 달하는 속도가 유지되어야 하고, 박사와 마티는 그 속도를 얻기 위해 기관차를 이용할 위험한 계획을 세운다. 하지만 박사는 여교사인 클라라와 사랑에 빠져서 그 시대에 남고 싶어한다.

혹스와 스파이크는 방을 마주한 절친한 사이. 건장한 스파이크는 나약한 혹스가 불량배에게 괴롭힘을 당할 때마다 그를 도와준다. 어느날 혹스는우연히 스파이크의 주머니에서 이상한 전화번호를 발견하고 호기심으로전화를 하는데, 그것은 바로 악마의 의식. 그는 화장실에서 자신이악마로 변하는 모습을 발견한다. 저주는 이미 시작되고 그를 괴롭혔던 불량배는 물론 미녀 안젤라까지 혹스의 무차별 공격에 희생되는데

1973년, 샌 디에이고 고등학교를 다니는 15세의 윌리암 밀러(패트릭 후지트 분)는 엄마 엘라인(프랜시스 맥도먼드 분)와 함께 살고 있다. 가출한 누나 아니타가 놓고 간 락 레코드를 들으며 자란 윌리암은 친구들과 어울리지 못하는 괴짜이며, 레드 제플린, 페이시스, 더 후, 험블 파이 등의 명 그룹들의 음악만이 유일한 벗이다. 학교 신문에 음악평을 기고했다가 우연한 기회에 록 매거진의 편집장인 록 비평의 선구자 레스터 뱅스(필립 세이모어 호프먼 분)와 친해진 윌리암은 최고 인기의 락그룹 블랙 사바스와 인터뷰할 수 있는 기회를 가지게 된다. 사바스의 공연무대 뒷편에서 '스틸워터(Stillwater)'를 만나 색다른 감동을 느낀 그는 허풍을 쳐서 롤링 스톤즈에서 요청한 스틸워터 그룹의 전국투어 기사를 쓸 수 있는 기회를 얻는다. 그렇게 윌리암은 어머니의 암묵적 허락하에 밴드의 투어에 합류한다. 투어 도중 윌리암은 밴드의 리드 기타리스트로 인기 급부상중인 러셀 하몬드(빌리 크루덥 분)와 친분을 쌓고, 스틸워터의 열광적인 팬인 페니 레인(케이트 허드슨 분)과 사랑에 빠진다. 하지만 러셀을 질투라는 리드 싱어 제프 베베(제이슨 리 분)와 러셀 사이에 팽팽한 긴장감과 사랑하는 페니가 유부남 러셀과 자신보다 더 가까운 관계라는 사실을 알게되는 등, 윌리암이 맞딱드린 것은 자신이 동경하던 이들의 진실과 마주하면서 겪는 고통과 좌절이었다.