Una serie animata basata sull'omonimo film. Marty, Doc Brown, Jules e Verne viaggiano nel tempo nella DeLorean modificata dal Dottore, saltando da un'epoca all'altra dove ogni volta li attende un'avventura diversa. Tra un episodio e l'altro ci sono segmenti live-action con Christopher Lloyd nei panni di Doc Brown e Bill Nye, il Ragazzo della Scienza. Dopo la conclusione del terzo film, Doc Brown si stabilì nel 1991 a Hill Valley con la sua nuova moglie Clara, i loro figli Jules e Verne, e il cane di famiglia, Einstein. Come nei film, il viaggio nel tempo veniva realizzato utilizzando una DeLorean modificata, apparentemente ricostruita dopo essere stata distrutta alla fine della trilogia. La DeLorean ora dispone di "circuiti temporali" attivabili vocalmente e può anche viaggiare istantaneamente in diverse località nello spazio e nel tempo, oltre a potersi ripiegare in una valigia. I personaggi viaggiavano nel tempo anche usando la macchina del tempo a vapore che Doc inventò alla fine di Ritorno al Futuro Parte III. Sebbene Jennifer Parker facesse apparizioni occasionali, la serie si concentrava principalmente su Marty e la famiglia Brown, mentre i film si concentravano sulla famiglia McFly. Anche il cattivo del film, Biff Tannen, appariva di tanto in tanto. Inoltre, parenti delle famiglie McFly e Tannen erano numerosi nelle zone temporali parallele del passato o del futuro visitate. A differenza dei film, che si svolgevano interamente a Hill Valley e dintorni, la serie portava frequentemente i personaggi in luoghi esotici. Alla fine di ogni episodio, Doc Brown appariva per fare un esperimento, spesso legato alla trama dell'episodio. La prima stagione includeva anche segmenti post-titoli di coda con Biff Tannen che raccontava una barzelletta legata all'episodio, forse alludendo alla carriera di attore comico di Thomas F. Wilson.