Марти, обычный подросток из 80-х, оказывается в невероятной ситуации благодаря своему другу — эксцентричному профессору Доку Брауну. Тот сконструировал удивительную машину времени, которая переносит парня прямо в 50-е годы. Здесь Марти сталкивается с удивительным миром, где всё кажется одновременно знакомым и чужим.
В этом прошлом он неожиданно встречает своих будущих родителей, которые сейчас сами ещё подростки. Здесь же он находит и молодого Дока Брауна — полного энтузиазма изобретателя, только начинающего свой путь. Эти встречи заставляют Марти по-новому взглянуть на свою семью и дружбу.