版本一 马丁从他生活的八十年代来到了1955年，根据好朋友埃米博士于1885年留下的信件，马丁找到了博士研制的时空穿梭机。本以为可以乘坐着这台机器回到未来，马丁却意外发现了博士的墓碑，原来他在留下那封信后不久便被人杀害。为了拯救埃米博士，马丁乘坐时空穿梭机来到了1885年的美国西部。 马丁化名来到小镇找到了当时从事铁匠工作的博士，正当他们准备离开小镇时，才发现漏油的时空穿梭机在当时无法得到燃油的供给，无奈之下博士想到了利用火车头的推力使时空穿梭机达到每小时88公里，这样机器就可以正常运转了。在现场勘察时，博士和马丁救下了因马匹受惊而险些跌入峡谷的年轻女教师克莱拉小姐，博士与她一见钟情。小镇上的无赖特恩一直在找博士的麻烦，为了证明他在小镇中的地位，他甚至想要谋杀博士。 根据1955年发现的墓碑上的记载，博士被害的日期马上就要到了。博士和马丁准备返程的计划马上就可以实现了，但特恩却在头一天的舞会上找到博士，企图将他杀害，是马丁将博士救下，并和特恩相约在第二天的早上决斗。马丁知道这是唯一可以让博士免于遇难的方法。马丁利用智谋和勇气战胜了特恩，特恩被警察带走，马丁改变了历史！ 马丁坐上了时空穿梭机，在离开小镇的那一刻，博士决定留下来和心爱的克莱拉生活在一起。马丁告别了博士转瞬间回到了他生活的八十年代，感觉一切就像是一场梦。当马丁带着女友来到已经损毁的时空穿梭机前时，马丁突然带着克莱拉和两个儿子出现在这里。他研制了新的时空穿梭机，并开始了与家人的时空旅行。 版本二 依据博士在七十年前留下的信，马丁和1955年的博士找到了藏在穴矿中的时间机器。马丁无意间发现在1885年的博士在寄信后不久就将被杀，于是又乘着时间机器赶往1885年。马丁成功抵达，但油箱却不慎破损。马丁遇上了他的祖先威廉并受到照顾，他化名来到了建立之初的小镇，却遇上了贝夫的祖先邓彪福，并受到迫害。在危急之际，博士救下了马丁。博士得知了将要发生的事情并准备和马丁一起回到未来，但油箱的破损却使时间机器无法行驶到所需的速度。 博士想出了利用火车的方法，并在实地勘测时救下了女教师克丽，两人一见钟情。在晚会上，马丁从邓彪福手下救出了博士，但他却接受了与邓彪福决斗的挑战。博士与喜欢科幻小说的克丽感情日深，但必须返回未来一事却使他颇伤脑筋。在返回未来的前一天夜里，博士去与克丽告别。在克丽的追问下，博士说出了时间旅行的秘密，却被克丽误解。博士万念俱灰，前往酒馆欲借酒浇愁，而伤心的克丽也要离开小镇。马丁醒来后找到了博士，但正要离开时博士却因醉酒而晕睡，使马丁面临与邓彪福的决斗的危机。马丁弄醒博士后想逃之夭夭，但博士却落入了邓彪福的手里。马丁急中生智，利用铁板护身，打败了邓彪福。马丁和博士开始实行他们的计划，而克丽在火车上得知了博士对她的真情后，也赶来寻找博士。博士的计划顺利实施，但克丽赶到后却陷入了危境。 为了救克丽，博士错过了回到未来的时机。时间机器成功地把马丁送回了1985年，但却不幸被毁，马丁无法再去接回博士。他找到了女友珍妮和她一同出游，由于时间旅行的经历改变了马丁的急性子，使马丁避免了未来的灾难。马丁和珍妮来到时间机器被毁的地方，对博士无法回来而感到忧伤，但就在此时，博士却驾着新的时间机器出现在马丁和珍妮面前。他已经和克丽结了婚并有了孩子。在告诉马丁“未来的一切都是未定的”这一道理之后，博士又继续开始了他的时间之旅。