Animowana seria oparta na filmie pod tym samym tytułem. Marty, Doc Brown, Jules i Verne podróżują w czasie zmodykowanym DeLoreanem Doktora, przeskakując z jednej epoki do drugiej, gdzie za każdym razem czeka ich inna przygoda. Pomiędzy odcinkami znajdują się segmenty aktorskie z Christopherem Lloydem jako Docem Brownem i Billem Nye, Naukowcem. Po zakończeniu trzeciego filmu, Doc Brown osiadł w 1991 roku w Hill Valley ze swoją nową żoną Clarą, ich synami Julesem i Vernem oraz psem rodziny, Einsteinem. Podobnie jak w filmach, podróże w czasie odbywały się za pomocą zmodyfikowanego DeLorean, który najwyraźniej został odbudowany po zniszczeniu pod koniec trylogii. DeLorean posiada teraz aktywowane głosem "obwody czasu" i może podróżować natychmiastowo do różnych miejsc w przestrzeni i czasie, a także składać się do rozmiaru walizki. Postacie podróżowały również w czasie za pomocą parowego wehikułu czasu, który Doc wynalazł pod koniec "Powrotu do przyszłości III". Chociaż Jennifer Parker pojawiała się sporadycznie, serial skupiał się głównie na Marthym i rodzinie Brownów, podczas gdy filmy koncentrowały się na rodzinie McFly. Filmowy złoczyńca, Biff Tannen, również pojawiał się od czasu do czasu. Ponadto, krewni zarówno rodziny McFly, jak i Tannenów, licznie pojawiali się w odwiedzanych strefach czasowych przeszłości lub przyszłości. W przeciwieństwie do filmów, które rozgrywały się w całości w Hill Valley i okolicach, serial często zabierał bohaterów do egzotycznych miejsc. Na końcu każdego odcinka Doc Brown pojawiał się, aby przeprowadzić eksperyment, często związany z fabułą odcinka. Pierwszy sezon zawierał również segmenty po napisach z Biffem Tannenem opowiadającym żart związany z odcinkiem, być może nawiązujący do kariery Thomasa F. Wilsona jako komika stand-upowego.