El Marty McFly, un noi de disset anys, és amic del Doc, un científic que tothom pren per boig. El Doc inventa una màquina per viatjar a través del temps i un accident fortuït fa que el Marty retrocedeixi 30 anys i vagi a parar a l'any 1955, quan els seus futurs pares encara no es coneixien. Després d'impedir el seu primer encontre, el Marty ha d'aconseguir que es coneguin i que s'enamorin, sinó no arribarà a existir.
Durant una visita a Roma, Anna, la jove princesa d'un petit país centreeuropeu que detesta les seves obligacions i vol passar inadvertida, s'escapa de palau per visitar la ciutat d'incògnit. Així coneix Joe, un periodista americà que busca una exclusiva i fingeix desconèixer la seva veritable identitat. La parella viurà aleshores unes jornades inoblidables.
El professor Emmett Brown torna del futur per a recollir en Marty McFly i arranjar uns problemes amb el seu fill. En un despist en Biff Tannen se n'assabenta dels seus viatges i s'ho manega per a passar-li informació a ell mateix de més jove. Quan n'Emmett i en Marty tornen al seu present, les coses han canviat força i es veuen obligats a retornar al passat en el DeLorian per mirar de sol·lucionar els desperfectes.
Un noi amb grip rep la visita del seu avi, que s’entossudeix a llegir-li un conte. El clàssic "Una vegada hi havia..." és la porta d’un viatge a un món medieval ple d’aventures, duels amb espases i amors impossibles.
El Marty McFly torna al 1985 amb l'ajuda del Doc del 1955, que no entén com, immediatament després que hagi marxat la màquina del temps, el Marty aparegui de nou. El noi li explica que, efectivament, ha anat al futur i que té una carta escrita pel Doc l'any 1885 des d'un poble de l'Oest americà, amb instruccions perquè trobi i repari el DeLorean i pugui tornar un altre cop al futur. Quan van a buscar el cotxe, amagat en una mina, passen per un cementiri on hi ha una làpida dedicada a l'Emmett Brown, que va morir només una setmana després d'haver escrit la carta a mans d'un perillós pistoler, Buford Tannen. El Marty decideix retrocedir en ell temps i anar al poble del salvatge Oest on viu el Doc per evitar que mori.
Wallace i el seu inseparable gos Gromit gaudeixen d'un dia de pícnic, però s'hauran de sobreposar a uns contratemps imprevistos.
Un nadó és abandonat a la porta d'un orfandat. Aquest nadó creix i es converteix en un jove geni inventor, amb problemes per aconseguir ser adoptat.
Un escriptor de ciència-ficció, que va perdre a la seva esposa uns mesos enrere, entra en una depressió en esvair-se les seves esperances de formar una família. Gràcies a la intervenció de la seva germana, es posarà en contacte amb una assistenta social que li oferirà adoptar a un nen de sis anys amb trastorns psiquiàtrics, perquè creu que és un habitant de Mart arribat a la Terra. La seva vida girarà llavors entorn del noi, sense oblidar a la millor amiga de la seva esposa i al seu preocupat editor, perquè el seu autor està poc interessat a escriure.