1985年10月25日、音楽好きの高校生マーティ（マイケル・Ｊ・フォックス）は、知り合いの一風変った科学者ブラウン博士（クリストファー・ロイド）より、夜中の1時すぎに研究室前の広場にくるようにいわれた。ガールフレンドのジェニファー（クローディア・ウェルズ）とデートの約束もすませたマーティが夜中に広場にいくと、そこには改造車デロリアンがある。実はこれはタイムマシンで、その実験をしようとする時、燃料に使うため博士が盗んだプルトニウムを狙うリビアの過激派が襲ってきた。銃弾をあび倒れる博士を後に、マーティはデロリアンで逃げ、時速140キロをこえたため、タイムスリップしてしまった。ついた所は1955年。彼のパパのジョージ（クリスピン・グローヴァー）とママのロレーン（リー・トンプソン）が、まだ知り合う前。マーティは未来に帰ろうとしたが、デロリアンの燃料がない。彼は若き博士をたずね、次の土曜の夜に街の大広場にある時計台に落雷があったことを思い出し、それを博士はデロリアンのエネルギーにしようと準備を始めた。一方、マーティはその間に昔のママとパパと出会う。ところが、そのママがマーティに一目ぼれしてしまった。ママがパパを好きにならないと、マーティはこの世に存在しなくなってしまう。過去を変えてはならない。一方、パパをいつもいじめているビフ（トーマス・Ｆ・ウィルソン）はママにモーションをかけるばかり。マーティはママとパパが結ばれるきっかけとなったダンス・パーティで、パパがビフをやっつけたのを契機にやっと2人のきっかけをつくり上げた。夜、暗雲がたちこめ、雷が鳴る。マーティはデロリアンに乗り込む。博士に30年後に撃たれて死ぬことを知らせ、何とか無事に逃れてほしいことを手紙にたくして、彼は間一髪でタイムスリップに成功。彼が戻ってきた1985年は、タイムパラドックスのため、強いパパのいる世界になっていた。そして博士も防弾チョッキを着ていたため、リビア過激派から身を守ることが出来たのだった。