Der Jugendliche Marty McFly lebt im Jahr 1985 in seiner kalifornischen Heimatstadt Hill Valley zusammen mit seinen Geschwistern und seinen Eltern George und Lorraine. George ist ein unsicherer Mann, der von seinem Vorgesetzten Biff unterdrückt wird. Marty trifft sich mit dem befreundeten Wissenschaftler Dr. Brown, der ihm eine in einen DeLorean-Sportwagen eingebaute Zeitmaschine vorführt. Die für das Zeitreisen nötige Energie liefert ein mit Plutonium betriebener Kernreaktor. Dr. Brown hatte libysche Terroristen um das Plutonium betrogen. Diese haben den Betrug inzwischen bemerkt und erschießen Dr. Brown. Als sie sich auch gegen Marty wenden, flieht dieser und aktiviert versehentlich die Zeitmaschine, die ihn in das Jahr 1955 bringt. Dr. Brown hatte zuvor die Zeitmaschine zu Demonstrationszwecken auf den 5. November 1955 eingestellt, da er genau an diesem Tag die richtige Idee für die Erfindung der Zeitmaschine gehabt hatte.

Der geschiedene, an einer High School tätige Lehrer Rick Latimer hat ein Alkoholproblem. Nachdem er in einer Bar den Begleiter seiner Ex-Ehefrau verprügelt und seinen Sportwagen mit einem Baseballschläger zerstört, wird er strafversetzt. Seine neue Arbeitsstelle, die Schule Brandel High, die er als Rektor leiten soll, hat als Ort des Drogenhandels und der Gewalt einen schlechten Ruf. Gleich zu Beginn, als er an der heruntergewirtschafteten Schule ankommt, erwischt er ein paar Schüler in einem Fahrzeug, die einen anderen jagen. Er verfolgt sie mit seinem Motorrad, packt sie und stellt sie zur Rede. Er schleppt sie in sein Büro und verlangt die Polizei zu rufen. Erst jetzt wird er über den erbärmlichen Zustand an der Schule aufgeklärt.

Die Handlung beginnt mit der Wiederholung der letzten zwei Minuten aus dem ersten Teil. Am 26. Oktober 1985 kommt Dr. Brown aus der Zukunft zurück und fordert Marty und dessen Freundin Jennifer auf, ihn in die Zukunft zu begleiten, da es um ihre Kinder gehe. Sie reisen gemeinsam zum 21. Oktober 2015, um Martys Sohn davon abzuhalten, mit Biffs Enkel eine Straftat zu begehen, was Marty nach ein paar Schwierigkeiten auch gelingt.

William Miller ist ein 15-jähriger hochbegabter Junge, der in seiner Freizeit Artikel über Rockmusik schreibt. Zu seiner Mutter hat er zwar ein gutes Verhältnis, leidet aber trotzdem unter der strengen Erziehung. Seine Schwester ist aus diesem Grund an ihrem 18. Geburtstag von zu Hause ausgezogen. William lernt den Musikjournalisten Lester Bangs kennen, für den er einen Artikel über Black Sabbath schreiben soll, die in der Stadt ein Konzert geben. Dort lernt er das Groupie Penny Lane und die Band Stillwater kennen.