มาร์ตี้ แม็กฟลาย (ไมเคิล เจ. ฟอกซ์) ต้องย้อนเวลาเพื่อไปตาม ดร.เอ็มเม็ตต์ บราวน์ (คริสโตเฟอร์ ลอยด์) ที่ติดอยู่ในยุคคาวบอยกลับมาสู่ช่วงเวลาปัจจุปัน ทำให้เขาได้พบญาติบรรพบุรุษของตัวเองในยุคนั้นด้วย แต่แล้วพลังงานของเครื่องย้อนเวลารถยนต์เดอลอรีนก็หมดลง ทำให้ด็อกเตอร์บราวต้องใช้รถไฟเป็นเครื่องย้อนเวลากลับไปสู่เวลาปัจจุปันอีกครั้ง มาร์ตี้ต้องดวลปืนกับนักเลงคาวบอย เพื่อไม่ยอมให้ตัวเองถูกจดจำว่าเป็นคนขี้ขลาดที่สุดในยุคนั้น ส่วนดร.บราวน์ ก็พบกับรักแท้ที่ไม่อาจปล่อยเธอจากไปได้ ทำให้ทั้งคู่ลังเลที่จะกลับสู่เวลาปัจจุปันในปี 1985