故事发生在1952年的英国，一次偶然中，作家杰克（安东尼·霍普金斯 Anthony Hopkins 饰）结识了名为乔伊（德博拉·温格 Debra Winger 饰）的女子和她的儿子道格拉斯（约瑟夫·梅泽罗 Joseph Mazzello 饰），很快，三人便成为了好友。为了能够留在英国，独身多年的乔伊决定和杰克结婚，然而这段婚姻却并没能给乔伊带来幸福，她最终还是选择了离开。经过医生的诊断，乔伊患上了不治之症，得到了这个消息，杰克才猛然醒悟，原来自己的心底一直深爱着这个坚强的女人，杰克找到了乔伊，两人重新走到了一起。在往后的岁月里，杰克一直不离不弃的陪伴在病重的乔伊身边，虽然死亡步步逼近，但两人都找到了一生的挚爱。
皮博迪（泰·布利尔 Ty Burrell 配音）是一条与众不同的小狗，它拥有绝伦无比的高智商，因此注定拥有迥异于同类的“狗生”。它持有哈佛学位，成功开发了新能源，圆满解决地缘政治，还创立了属于自己的公司。皮博迪偶然机缘下收养了和它有着类似经历的人类小孤儿舍曼（麦克斯·查尔斯 Max Charles 配音），它如同慈父一般悉心教育着他的儿子，并利用自己开发的时光机带舍曼回到未来每一个重要时刻，亲身经历书本上枯燥的历史事件。转眼舍曼到了上学的年龄，他丰富的历史知识得到老师表扬，却也引来高傲的小姑娘佩妮·彼得森
马丁（Michael J. Fox 饰）才回到现实世界与女友团聚，布朗博士（Christopher Lloyd 饰）就心急火燎地把他们带到了30年后的未来世界，原来这一次是马丁未来的两个孩子因参与抢劫锒铛入狱，博士要携马丁一起阻止悲剧发生。 周旋一番后，两个孩子被成功挽救，但三人回到现实世界后，却发现周遭发生了天翻地覆的变化，世界被贝夫（Thomas F. Wilson饰）所控制，马丁的父亲乔治惨死，母亲洛莲（Lea Thompson 饰）竟然成了贝夫的妻子！ 这一切都是因为时光机器的秘密不慎被未来的
