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マーティ・マクフライが1955年11月12日から1985年に帰還した翌朝、マーティとガールフレンドのジェニファーの前に突然エメット・ブラウン博士（通称ドク）がデロリアンで現れた。未来においてマーティの息子がトラブルを起こし、それを機に未来のマクフライ家が破滅することが判明したという。それを回避するため、マーティとドクはジェニファー共々、30年後の2015年10月21日にタイムトラベルする。デロリアンは空中を飛行するが、炎の軌跡を残して消える瞬間を、ビフ・タネンが目撃していた。
2015年10月21日に着いたマーティは、将来的にジェニファーと結婚することと、彼女と自分の息子であるマーティ・マクフライJr.がひ弱でだらしない性格で、ビフの孫であるグリフの言いなりになった挙句に窃盗容疑で逮捕され懲役20年の刑に処されること、連鎖して娘が犯罪を犯し、マクフライ家の家族崩壊を引き起こしてしまうことを知る。ドクの作戦でマーティは息子本人になりすまし、レトロ喫茶「Cafe 80’s」でグリフからの命令を断った。しかし腰抜けと言われたことで怒ったため店内で喧嘩になり、ホバー・ボードによる追跡劇に発展するが何とか逃げ切る。逆に、追跡劇で裁判所を破壊してしまったグリフが逮捕され、息子が起こすはずだったトラブルをどうにか未然に防ぐことができた。未来からの帰りがけに、マーティは骨董品屋で1950年〜2000年のスポーツの試合結果が書かれた年鑑を買い、スポーツ賭博で一儲けを企む。しかしドクに見つかり「お金儲けのためにタイムマシンを発明したわけじゃないんだ」と叱られてゴミ箱に投棄される。一連の流れを見ていたビフ・タネン老人は、デロリアンがタイムマシンである事を知り、ゴミ箱から年鑑を回収していた。