特大风暴袭击着浩瀚的塔克伊里沙漠，正在这一带执行勘探任务的205小分队与西北石油勘探指挥部失掉了联系。骆驼跑散，女队员李小娟和黄阿明失踪，连向导扎西老人也不知去向，饥饿和死亡威胁着他们。 风暴过后，大队长李劳山带领余下的队员在沙漠中艰难地掐扎前进，终于发现了扎西老人为他们埋好的粮食和资料，黄阿明、李小娟也回到分队，大家继续前进。在无名绿洲考察时，他们发现了了解放前在这里勘探石油的一具考察人员干尸及死者留下的记录本。大家怀着崇敬的心情掩埋了先行者的尸体，按照记录本的批示找到了新的石油构造。与此同时，扎西老人和为保护资料受伤的队员郑伟舟正在百里奇草原艰难跋涉，当他们得到藏族牧民救助后，郑伟舟却因失血过多而牺牲了。扎西老人独自一人继续设法寻找小分队。 吴山总指挥为寻找205小分队作了各种努力，最后不得不向北京求援，要求派直升飞机。这时，205小分队在无名绿洲又受到了一种奇怪的疾病侵袭，黄阿明为了把药留给同伴杨远而被疾病夺去了生命；副队长严建平一度曾动摇失望，后来在杨远的鼓励下冒着生命危险去为大家找水，在回来的路上与黑熊搏斗，受重伤后牺牲。 队长李劳山看到小分队伤亡惨重，立即决定派身体较好的韩小龙和邓丽背上资料继续前进，他和杨远、李小娟三人在沙漠上躺成人字形箭头，"指示"韩小龙二人去的方向。此刻，总指挥吴山乘直升机找到了扎西老人，他们在沼泽地上空发现了刚刚挣扎出来的韩小龙和邓丽，小分队终于得救了。

　　布朗博士（克里斯托弗•洛伊德 Christopher Lloyd 饰）总是有些稀奇古怪的发明。在一次试验他发明的时光机器时，他找来了忘年交高中生马丁（迈克尔•J•福克斯 Michael J. Fox 饰）。岂料实验过程中博士被歹徒杀害了，马丁慌乱中架着时光机逃跑，回到了30年前。
　　马丁遇到了30年前的父亲乔治（克利斯丁•格拉夫 Crispin Glover 饰）和母亲洛莲（莉•汤普森 Lea Thompson 饰）。马丁一边找寻30年前的布朗博士，好让自己回到未来；一边尽力撮合乔治和洛莲，以免自己在以后消失了。但乔治为人懦弱，马丁在撮合过程中弄巧成拙让洛莲爱上了自己。还有令人讨厌的贝夫从中作梗，令马丁恼怒不已。
　　马丁周旋在他的双亲之间，还要尽快找到博士，想办法回到未来……