En el siglo XXIII, un misterioso poder alienígena amenaza la Tierra, evaporando los océanos y destruyendo la atmósfera. En un frenético intento para salvar a la humanidad, el Capitán Kirk y su tripulación viajan en el tiempo y regresan al San Francisco de 1986, encontrándose con un mundo de punks, pizza y autobuses de cambio exacto, que les resultan tan alienígenas como todo lo que han encontrado en los lugares más recónditos de la galaxia.
Marty McFly sigue en 1955 y su amigo Doc ha retrocedido al año 1885, la época del salvaje oeste. Éste le envía una carta donde comenta que la máquina del tiempo está averiada, y que es imposible repararla. Sin embargo no le preocupa estar atrapado en el pasado, pues allí es muy feliz trabajando de herrero aunque convive con malhechores. Pero Marty descubre una vieja tumba en la que lee que Doc murió en 1885 y, sin pensárselo dos veces, irá a rescatar a su amigo.
El adolescente Marty McFly es amigo de Doc, un científico al que todos toman por loco. Cuando Doc crea una máquina para viajar en el tiempo, un error fortuito hace que Marty llegue a 1955, año en el que sus futuros padres aún no se habían conocido. Después de impedir su primer encuentro, deberá conseguir que se conozcan y se casen; de lo contrario, su existencia no sería posible.