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...

여자에 대해 소심한 대학생 매튜는 항상 영원한 자기만의 여자를 찾던 중 어느 날 한 여자와 엘리베이터에 타게 된다. 그러나 갑자기 정전이 되고 얼굴도 알지 못하는 이들은 어둠 속에서 불꽃이 튀어 관계를 맺게 된다. 다음 날 아침 그 여자는 떠나고 매튜는 그 여자의 속옷만 갖고 그녀가 누구인지 알아내려 애쓰는데...

별볼일 없는 고등학생 로이드는 고등학교를 졸업하기 전 예쁘고 똑똑한 여학생 다이앤과 데이트를 하는 것이 꿈이다. 결국 졸업을 앞 둔 어느날, 그녀에게 다가가게 되고, 꿈에 그리던 그녀와의 데이트를 하게 된다. 그러나 이들은 불투명한 미래 앞에 놓여진 십대일 뿐이었는데...

필라델피아의 평범한 식당 웨이트레스인 지아는 중성적이고 과감한 성격과 매력적인 몸매를 가지고 뉴욕의 모델계에 데뷔하게 된다. 그녀는 곧 유명해지기 시작하고, 바쁘고 화려한 모델생활을 누린다. 70년대 말 최고의 모델로 불리던 지아는 스튜디오 54, 화려한 패션쇼장, 마약에 지든 게이 파티장, 슬럼가 등을 오간다. 사진 촬영장에서 메이크업 아티스트 린다와 만난 그녀는 자신이 동성애적 기질을 지니고 있음을 깨닫는다. 지아는 자신이 원하는 사람은 남자든 여자든 모두 품을 수 있었다. 그러나 그녀가 진실로 사랑했던 대상은 린다였다. 톱모델로서 부러울 것이 없던 지아는 어린 시절의 불행한 기억과 모델로 일하면서 느꼈던 외로움과 고독을 이겨내기 위해 마약과 난잡한 성생활에 빠져든다. 그러다 결국 마약에 찌든 26세의 레즈비언 슈퍼모델 지아는 짧지만 불꽃같았던 삶을 AIDS로 마감하게 된다.

LA 경찰 페캄은 늘 강력과 근무를 원하던 중 똑같은 수법으로 두 번째 살인이 일어나자 연쇄살인으로 발전할 가능성을 주장, 강력과로 잠정적으로 옮겨와 사건을 맡게 된다. 한편 페캄을 사랑하는 경찰의 정신분석의 데이빗은 뒤에서 그녀를 돕다가 우연히 연속살인사건의 범인일지도 모른다는 여자를 만난다. 어릴적 친구로 민간정신병원을 운영하는 러브의 부탁으로 과거를 기억하지 못하는 여자 펠리시미를 소개받은 데이빗은 면담결과, 펠리시미가 데이빗에게만은 마음을 연다는 사실을 알게된다. 데이빗은 그녀가 범인이라는 심증을 굳혀가지만 이 사실을 페캄에게는 털어놓지 못한다. 그런 사실을 안 펠리시미도 데이빗을 죽이려 하지만 차마 칼을 들지 못한다. 사랑과 정의의 갈등으로 번민하는 데이빗과는 아랑곳없이 페캄의 수사망은 차츰 펠리시미의 신변으로 좁혀진다.