1955年から1985年に帰還したマーティ・マクフライの目の前に、突然エメット・ブラウン博士（通称ドク）がデロリアンで現れた。未来においてマーティの息子がトラブルを起こすことが判明したという。それを回避するため、マーティとドクは彼のガールフレンド、ジェニファー共々30年後（＝2015年10月21日）の未来にタイムトラベルするが、デロリアンが空中に炎の軌跡を残して消える瞬間を、ビフ・タネンが目撃していた。

2015年に着いたマーティは、将来的にジェニファーと結婚することと、彼女と自分の息子（マーティ・マクフライJr.）がビフの孫であるグリフの言いなりになった挙句に窃盗容疑で捕まり、マクフライ家の家族崩壊を引き起こしてしまうことを知る。ドクの作戦でマーティは息子本人になりすまし、グリフからの命令を断った。店内で喧嘩になり、ホバー・ボードによる追跡劇に発展するが何とか逃げ切り、マーティは息子が起こすはずだったトラブルをどうにか未然に防ぐことができた。未来からの帰りがけに、マーティは骨董品屋で1950年〜2000年のスポーツの試合結果が書かれた年鑑を買うがドクに見つかり「お金儲けのためにタイムマシンを発明したわけじゃないんだ」と叱られてゴミ箱に投棄される。それを見ていたビフ・タネン老人がゴミ箱からスポーツ年鑑を回収。さらに夜、マーティが油断している隙を突いてデロリアンを盗み、1955年にタイムトラベルして高校時代の若き日の自分に年鑑を手渡し、デロリアンを元の位置に戻す。

マーティたちは何も気づかずデロリアンで1985年の夜に戻ったが、マーティの家であるはずの場所には別の家庭が住んでおり、窓から家へ入ると不審者扱いされて叩き出されてしまう。年鑑によってビフはスポーツ賭博で大金持ちになり、辺り一帯を牛耳る大地主になっていた。そればかりでなく、マーティの父ジョージは1973年にビフによって殺害され、母のロレインはビフと再婚させられていた。さらに、ドクは精神異常者として精神病院に入院させられているなど、二人にとって最悪の状況になっていた。全ての原因があの年鑑にあると気づいたマーティは、ビフの事業を記念する娯楽施設「娯楽のパラダイス」に行き、ビフの部屋で年鑑を手に入れた経緯を聞き出す。危うく射殺されるところだったが、ドクの助けもあって何とか危機を脱したマーティは、ビフが年鑑を1955年11月12日に手に入れたことを掴んでいた。その日は折しも、マーティが時計台の落雷を利用して1985年に戻った日であった。自分達の未来を取り戻すため、ドクとマーティは再び1955年と旅立つ。

1955年に戻ったマーティはドクと別行動をとり、若き日のビフが2015年のビフ老人と接触するのを目撃し、ビフの車に乗り込む。ビフ老人から年鑑を受け取った若き日のビフはそのままダンスパーティーに向かい、マーティは年鑑を取り戻そうとするが邪魔が入って思うようにはいかなかった。ビフは年鑑を肌身離さず持ち歩いていたが、ストリックランドに見付かり取り上げられてしまう。マーティはストリックランドの部屋に忍び込み年鑑を手に入れるが、それはカバーを替えた別の雑誌だった。マーティはビフがジョージに殴られて気絶した場所に戻り年鑑を手に入れるが、ビフの仲間に見付かりパーティー会場に逃げ込む。ビフの仲間たちはステージで演奏する過去のマーティを見付け叩き出そうとするが、未来が変わることを阻止しようとする現在のマーティに倒される。

マーティは屋上で待機するドクの元に向かおうとするが、そこをビフに襲われ年鑑を奪われてしまう。会場を後にしたビフを追うため、マーティはドクと合流してデロリアンでビフを追跡する。マーティはホバー・ボードに乗り換えてビフの車に接近して年鑑を奪い返すことに成功し、年鑑を焼却する。年鑑が消えたことにより未来は変わり、マーティは元通りになった未来に帰ろうとデロリアンに乗ろうとするが、デロリアンが落雷の衝撃でドクを乗せたまま消えてしまう。途方に暮れるマーティの元に、電報会社（ウエスタンユニオン）の男が現れ手紙を渡す。それはドクがマーティ宛てに書いた手紙であり、ドクは落雷の影響で1885年に飛ばされていた。マーティは未来に戻るため、1955年のドクに助けを求める。

バック・トゥ・ザ・フューチャー PART2 - wikipedia