Амелија, наивна девојка необичне маште, после несрећног детињства ради као конобарица у кафеу на Монмартру у Паризу. Одлучиће да промени живот људима око себе чинећи добра дела. Будући да је у раном детињству остала без мајке, одрасла је уз небрижног оца психолога, проводећи време сама са собом у свом усамљеном, имагинарном свету. Када Амелија иза плочице у купатилу пронађе стару металну кутију коју је некада сакрио дечак који је ту живео, она одлучује да пронађе тог, сада већ одраслог човека, и врати му кутију…

Марти Макфлај и доктор Емет Браун имају нов задатак. Желећи да помогну својим потомцима, Марти и његова девојка морају да отпутују у 2015. годину да би изашли на крај са младим деликвентом, Грифом, сином насилника Бифа. Марти полази за руком да га надмудри, а пре него што се врати у 1985. годину, купује спортске новине надајући се да ће зарадити новац кладећи се на утакмице за које већ зна резултат. Међутим, доктор Браун не одобрава Мартијев план и баца новине. Прислушкујући разговор, Биф у новинама види прилику да се обогати. Узима новине и путује у 1955. годину, где ће, уз помоћ резултата објављених у часопису, зарадити милионе. Да би спасио свет од садашњице у којој царује Биф, Мартијев пут у будућност овога пута је много компликованији - он мора да реши проблеме у три испреплетана временска раздобља.

Марти Макфлај добија писмо (старо седамдесет година) од свог пријатеља, доктора Брауна, који га обавештава да се повукао у претходни век да би живео мирније на Дивљем западу. Доктор му открива да је сакрио делорен аутомобил-временску машину у напуштеном руднику надомак града. Када Марти открије да је доктор умро одмах после писања писма, он одлучује да нађе аутомобил и спасе свог пријатеља. У међувремену, доктор се заљубио у мештанку из градића у коме живи и схвата да не може да се крије у прошлости од проблема које је проузроковао у временском току у претходне две авантуре. Он одлучује да се врати у садашњицу са Мартијем, али пре тога морају да реше неколико 'ситница'.

Луис је млади проналазач који одраста у установи за напуштену децу. Његови изуми не свиђају се потенцијалним усвојитељима па се свака прилика за стицање нових родитеља претвара у разочарање. Једног дана Луис упознаје мистериозног странца Вилбура Робинсона. Уз помоћ временске машине њих двојица путују у будућност. У фантастичном свету године 2037. жабе које певају и пси са наочарима су једнако уобичајени као и диносаури који говоре. Неочекиваним обратом догађаја, Луис открива како судбина целе будућности лежи у његовим рукама, но не може је спасити сам - требати ће му помоћ ћакнуте породице Робинсон...