欧洲某国的安妮公主（奥黛丽·赫本 Audrey Hepburn 饰）到访罗马，国务烦身，但她又厌倦繁文缛节。一天晚上，身心俱疲的她偷偷来到民间欣赏夜景，巧遇报社记者乔（格里高利·派克 Gregory Peck 饰）。二人把手同游，相当快乐。公主更是到乔的家中作客并在那过夜。不料乔无意中发现了公主的真实身份，他决定炮制一个独家新闻，于是乔和朋友、摄影师欧文（埃迪·艾伯特 Eddie Albert 饰）一起带公主同游罗马，并且偷拍了公主的很多生活照。然而，在接下来与公主的相处中，乔不知不觉恋上了公主。为了保护公主的形象，乔只能忍痛抛弃功成名就的良机，将照片送予了公主。安妮公主在经历了罗马一日假期后，反而体验了自己对国家的责任，毅然返回了大使馆，为了本身的责任而果断抛弃了爱情。
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
