Марти, обычный подросток, с помощью удивительного изобретения — машины времени, созданной его другом, профессором Доком Брауном, совершает невероятное путешествие. Он переносится из привычных 1980-х годов в совершенно другую эпоху — 1950-е, где сталкивается с миром, полным ностальгии и неожиданностей.
В этом прошлом Марти неожиданно встречает своих будущих родителей, которые в то время сами ещё учатся в школе и только начинают свой жизненный путь. Кроме того, он находит и молодую версию профессора Дока Брауна, своего старшего друга, который пока только делает первые шаги в науке и изобретательстве.