מרטי מק'פליי (מייקל ג'יי פוקס) אף פעם לא מגיע בזמן - לא לבית הספר, לא לארוחת הערב ובאופן כללי לא מחובר לרצף הכרונולוגי של העולם סביב. הוא יותר מחובר לחברו הקשיש, אמט בראון, פרופסור מפוזר קלאסי שמוחו הקודח מפיק רעיון חדש - מכונת זמן. נסיון ראשון לשגר לעבר ובחזרה את כלבו האהוב של המדען עולה בהצלחה וניראה שזהו ההישג המדעי הגדול ביותר בהיסטוריה. אבל ההיסטוריה לא תישאר אותו דבר להרבה זמן - טעות גורלית שולחת את מרטי אחורה בזמן, כשהוא מנסה לברוח ברודפים במכונית שהוסבה למכונת הזמן. הוא מוצא עצמו בשנות ה-50, בשכונה שלו, מוקף בטיפוסים שהוא מכיר משנות ה-80: אמו, אביו, המדען והבריון השכונתי. בנסיון לתקן את מכונת הזמן שהתרסקה בנסיעה ולחזור להווה הוא משתלב בחיי הצעירים - מה שמטיל ספק בקשר להתחברותם הרומנטית של העתידים להיות הוריו, תקלה שיכולה להיות גורלית לגביו, בעוד כמה עשרות שנים, כשהוא אמור להיוולד.
מדע בדיוני שהופך באמצע לקומדיה נוסטלגית היה המתכון ללהיט הקולנועי של הצמד שפילברג - זמקיס, שהניב שני המשכים בהם המשיכו הגיבורים לזגזג קדימה ואחורה בזמן.
