未来某天，地球上突然迎来一群不速之客。为数众多的外星机器人出现在各大城市，它们体形巨大，强悍无敌，可以瞬间将攻击者气化，这使人类感受到空前的压迫和危机。军队长官普瑞特（Darren Dalton 饰）夜间执行任务，抓到两个具有人类体貌特征的男性（Bug Hall 饰）和女性（Sinead McCafferty 饰）机器人。普瑞特连夜审问，却未得到任何线索。不久，女性机器人向善良的士兵麦伦（C. Thomas Howell 饰）吐露了入侵地球的原因：原来拥有高等智慧的外星人始终在观察地球，当它们发现人类过度发展毁灭性武器，并且已经威胁到地球的安全之时，外星人决定采取行动，或者眼看着地球毁灭，或者毁灭人类以拯救这颗美丽的星球……
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
