馬丁從他生活的八十年代來(lái)到了1955年,根據(jù)好朋友埃米博士于1885年留下的信件,馬丁找到了博士研制的時(shí)空穿梭機(jī)。本以為可以乘坐著這臺(tái)機(jī)器回到未來(lái),馬丁卻意外發(fā)現(xiàn)了博士的墓碑,原來(lái)他在留下那封信后不久便被人殺害。為了拯救埃米博士,馬丁乘坐時(shí)空穿梭機(jī)來(lái)到了1885年的美國(guó)西部。 馬丁化名來(lái)到小鎮(zhèn)找到了當(dāng)時(shí)從事鐵匠工作的博士,正當(dāng)他們準(zhǔn)備離開(kāi)小鎮(zhèn)時(shí),才發(fā)現(xiàn)漏油的時(shí)空穿梭機(jī)在當(dāng)時(shí)無(wú)法得到燃油的供給,無(wú)奈之下博士想到了利用火車(chē)頭的推力使時(shí)空穿梭機(jī)達(dá)到每小時(shí)88公里,這樣機(jī)器就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。在現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí),博士和馬丁救下了因馬匹受驚而險(xiǎn)些跌入峽谷的年輕女教師克萊拉小姐,博士與她一見(jiàn)鐘情。小鎮(zhèn)上的無(wú)賴特恩一直在找博士的麻煩,為了證明他在小鎮(zhèn)中的地位,他甚至想要謀殺博士。 根據(jù)1955年發(fā)現(xiàn)的墓碑上的記載,博士被害的日期馬上就要到了。博士和馬丁準(zhǔn)備返程的計(jì)劃馬上就可以實(shí)現(xiàn)了,但特恩卻在頭一天的舞會(huì)上找到博士,企圖將他殺害,是馬丁將博士救下,并和特恩相約在第二天的早上決斗。馬丁知道這是唯一可以讓博士免于遇難的方法。馬丁利用智謀和勇氣戰(zhàn)勝了特恩,特恩被警察帶走,馬丁改變了歷史! 馬丁坐上了時(shí)空穿梭機(jī),在離開(kāi)小鎮(zhèn)的那一刻,博士決定留下來(lái)和心愛(ài)的克萊拉生活在一起。馬丁告別了博士轉(zhuǎn)瞬間回到了他生活的八十年代,感覺(jué)一切就像是一場(chǎng)夢(mèng)。當(dāng)馬丁帶著女友來(lái)到已經(jīng)損毀的時(shí)空穿梭機(jī)前時(shí),博士突然帶著克萊拉和兩個(gè)兒子出現(xiàn)在這里。他研制了新的時(shí)空穿梭機(jī),并開(kāi)始了與家人的時(shí)空旅行。