동명의 영화를 바탕으로 한 애니메이션 시리즈. 마티, 브라운 박사, 줄스, 번은 박사의 개조된 드로리안을 타고 시공간을 여행하며, 매번 새로운 모험이 기다리는 시대를 넘나든다. 에피소드 사이에는 크리스토퍼 로이드가 브라운 박사로, 빌 나이가 과학 박사로 출연하는 실사 영상이 포함된다. 세 번째 영화의 결말 이후, 브라운 박사는 힐 밸리에 아내 클라라, 아들 줄스와 번, 그리고 가족견 아인슈타인과 함께 1991년에 정착했다. 영화에서처럼, 시간 여행은 개조된 드로리안을 통해 이루어졌는데, 이 드로리안은 삼부작의 마지막에 파괴된 후 재건된 것으로 보인다. 드로리안에는 이제 음성 활성화 "타임 서킷"이 장착되어 있으며, 접어서 여행 가방으로 만들 수도 있을 뿐만 아니라 시공간의 다른 장소로 즉시 이동할 수 있다. 또한, 브라운 박사가 백 투 더 퓨처 3편의 마지막에 발명한 증기기관 타임 머신을 이용해 시간 여행을 하기도 했다. 제니퍼 파커가 간혹 등장했지만, 영화가 맥플라이 가족에 초점을 맞춘 것과 달리 이 시리즈는 주로 마티와 브라운 가족에게 집중했다. 영화의 악당 비프 태넌도 때때로 등장했다. 또한, 맥플라이와 태넌 가족의 친척들이 방문한 과거 또는 미래의 평행 시간대에 많이 등장했다. 영화가 전적으로 힐 밸리와 그 주변 지역에서 펼쳐진 것과 달리, 이 시리즈는 종종 등장인물들을 이국적인 장소로 데려갔다. 모든 에피소드의 마지막에는 브라운 박사가 등장하여 종종 에피소드의 줄거리와 관련된 실험을 했다. 첫 시즌에는 비프 태넌이 에피소드와 관련된 농담을 하는 쿠키 영상이 포함되었는데, 이는 토마스 F. 윌슨의 스탠드업 코미디언으로서의 경력을 암시하는 것으로 보인다.