Lorsque l'image de Verne apparaît sur une vieille photo de la guerre de Sécession, Doc comprend qu'il est piégé dans le temps. Il décide alors de partir à sa rescousse en compagnie de son autre fils, Jules.

Doc Brown et sa famille remontent le temps jusqu'à l'époque médiévale, en Angleterre.

Doc et les garçons remontent le temps jusqu'à la période préhistorique pour tester une nouvelle invention.

À bord de la DeLorean, Marty se rend en urgence à Salem, à l'époque de la chasse aux sorcières.

Doc, Marty et les garçons voyagent jusqu'en Italie, à l'époque de la Rome ancienne. Jules et Verne rencontrent Ben Hur.

Après une dispute avec Jules, Verne commence à croire que Benjamin Franklin est son vrai père.

À la recherche d'une race éteinte de grenouilles, Doc et Marty remontent le temps pour se rendre sur le fleuve Amazone.

Marty prend la place de son ancêtre, Pee Wee McFly, pour permettre à son équipe de gagner un match de baseball.

Marty et les Brown veulent vivre un Noël à l'époque de Dickens.

Doc a peur de l'eau depuis l'enfance. Lorsque les garçons l'apprennent, ils essaient d'y remédier en changeant le passé.

Jules et Verne jouent une farce à leur père. Doc, qui ne relève pas le piège, pense qu'il n'a plus d'avenir dans la science. Il décide alors de prendre sa retraite.

Marty veut permettre à Verne de rencontrer son ancêtre pionnier. Mais cette incursion dans le passé peut avoir de graves conséquences sur le futur.

Marty, Jules and Verne head back to the 1850s, where they meet Jules and Verne's maternal grandparents, Daniel and Martha. Unfortunately, Martha falls in love with Marty instead of Daniel, and Clara is in danger of never existing. Things get worse when Martha is kidnapped by Wild Bill Tannen...