Мультсериал напрямую продолжает события трилогии одноименных фильмов, рассказывая о докторе Эмметте Брауне, который вернулся в наши дни из прошлого, где завел семью с Кларой Клейтон. Теперь новые научные открытия чередуются с воспитанием двух непоседливых детей, Жюля и Верна, получивших имена в честь любимого фантаста. Ключевую роль в сюжете также занимают старшеклассник Марти Макфлай, его девушка Дженнифер Паркер и титульный злодей Бифф Таннен. После того как ученый восстанавливает DeLorean, он и его друзья путешествуют в совершенно новые временные эпохи, где сталкиваются с удивительными приключениями.