今日は最悪な日だと思った。17歳のマーティ・マクフライは憂うつだった。学校へは4日間連続で遅刻はするし、バンドのオーディションにも落ちた。それに追い討ちをかけるようにガールフレンドのジェニファーとの大事なデートに使うはずだった車が壊れてしまったのだ。そんな気落ちする夜だったが、マーテイは親友のドク・ブラウンが実験をやるといわれた場所へ向かった。その実験とは、なんとタイムマシン「デロリアン」の実験だったのだ。実験は見事に成功。ドクの愛犬アインシュタインは1分未来へタイムスリップ。しかし、今度はドクが未来に行こうとする準備中に事件が起きる。タイムマシンの動力は「プルトニウム」であり、それをドクは過激派から盗んで手に入れた。その復讐に現れた過激派によって、ドクは凶弾に倒れてしまう。逃げるようにデロリアンに飛び乗ったマーティだったが、間違って次元転移装置が作動してしまい1955年にタイムスリップしてしまった!そこは両親がまだ高校生の時代。ちょうどその頃、パパ・ジョージが車に引かれママ・ロレインとはじめて出会うはずだったが、そこをマーティが邪魔してしまった。ジョージではなくマーティと出会ったロレインは、あろうことか将来の自分の息子であるマーティの虜に。ジョージとロレインが結婚しなければ自分は消えてしまう!さらに、プルトニウムがないため1.21ジゴワットの電力が足りずタイムスリップも不可能!?果たして、マーティは両親を結ばせ自分は1985年に帰ることができるのか!?