Марти, обычный подросток, с помощью удивительного изобретения — машины времени, созданной его приятелем, 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 собственных родителей, которые в то время сами ещё учатся в школе и только начинают свой жизненный путь. Кроме того, он знакомится с молодым Доком Брауном, своим будущим другом и наставником, который пока только начинает свои научные изыскания.