馬帝（由米高·J·霍士飾演）與博士（由基斯杜化·萊特飾演）的三度時光旅行，這次來到1885年的老西部時代，是《回到未來》三部曲完結篇。 在第二集的結尾，馬帝依據博士在七十年前留下的信，馬帝和1955年的博士找到了藏在礦穴中的時光機。馬帝無意間發現在1885年的博士在寫信後不久就被殺，於是又乘着時光機趕往1885年9月2日。馬帝成功抵達，但油箱卻不慎破損。馬帝遇上了他的祖先謝默斯並受到照顧，他化名「奇連·伊士活」來到了建立之初的小鎮，卻遇上了畢夫的祖先「瘋狗」布福德·譚能（Buford Tannen），並受到迫害。在危急之際，博士救了馬帝。博士得知了將要發生的事情並準備和馬帝一起回到未來，但油箱的破損卻使時光機無法行駛到所需的速度。博士想出了利用火車的方法，並在實地勘測時救下了女教師克萊兒，兩人一見鍾情。 隔天，在晚會上，馬帝從譚能手下救出了博士，但他卻接受了與譚能決鬥的挑戰。博士與喜歡科幻小說的克萊兒感情日深，但必須回到未來一事卻使他頗傷腦筋。在回到未來的前一天夜裏，博士去與克萊兒告別。在克萊兒的追問下，博士說出了時間旅行的秘密，卻被克萊兒誤解。博士萬念俱灰，前往酒館欲借酒澆愁，而傷心的克萊兒也要離開小鎮。馬帝醒來後找到了博士，但正要離開時博士卻因醉酒而昏睡，使馬帝面臨與譚能的決鬥的危機。馬帝弄醒博士後想逃之夭夭，但博士卻落入了譚能的手裏。馬帝急中生智，利用鐵板護身，打敗了譚能。 馬帝和博士開始實行他們的計劃，而克萊兒在火車上得知了博士對她的真情後，也趕來尋找博士。博士的計劃順利實施，但克萊兒趕到後卻陷入了危境。為了救克萊兒，博士錯過了回到未來的時機。時光機成功地把馬帝送回了1985年，但卻不幸被火車撞毀，馬帝無法再去接回博士。他找到了女友珍妮佛和她一同出遊，由於時間旅行的經歷改變了馬帝經不起刺激的個性，使馬帝避免了未來因車禍導致的災難。馬帝和珍妮佛來到時光機被毀的地方，對博士無法回來而感到憂傷，但就在此時，博士卻駕着新的時光機出現在馬帝和珍妮佛面前。他已經和克萊兒結了婚並有了兩個小孩。