มาร์ตี้ แมคฟลาย (ไมเคิล เจ. ฟ็อกซ์) ติดอยู่ในช่วงเวลาของปี 1955 ได้รับจดหมายจาก ด็อกเตอร์ เอมเมต บราวน์ (คริสโตเฟอร์ ลอยด์) เพื่อนเก่า บอกให้รู้ว่าเขาจะสามารถหารถยนต์ข้ามเวลาได้ที่ไหน โชคไม่ดีเลยที่การค้นพบครั้งนี้ ทำให้มาร์ตี้ต้องย้อนเวลากลับไปยังแดนตะวันตกเก่า และช่วยเหลือเพื่อนของเขาที่ถูกพวกคนเถื่อนทำร้าย ซ้ำ ด็อกเตอร์ เอมเมต ยังไปตกหลุมรัก คลาร่า เคลย์ตัน (แมรี่ สตีนเบอร์เกน) ครูสาวประจำโรงเรียนมัธยมเสียอีก ด้วยการใช้เทคโนโลยีของสมัยนั้น มาร์ตี้และเอมเมต มีเพียงโอกาสเดียวที่จะส่งตัวเองกลับสู่ยุคปัจจุบัน