正要赶往伦敦完婚的凯莉（Margaret Lockwood）因雪崩被困在山下的小旅馆里，偶遇摄影记者康德（Michael Redgrave），两个人因小事发生争执，第二天大家各自赶路，却登上了同一列火车。在车上凯莉与一名老妇人佛洛伊（Dame May Whitty）结伴，彼此照料。然而凯莉因头部被撞，恍惚中沉沉睡去，待她醒来，老妇人不见了。四处寻找佛洛伊，却不见她的踪影，凯莉只好报警。出乎意料的是同车厢的每个人都说没见过什么老妇人，陷入困惑的凯莉再次遇到康德。康德相信凯莉，也感到事有蹊跷，两人渐渐和好，一起展开了调查。
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
