马丁（Michael J. Fox 饰）才回到现实世界与女友团聚，布朗博士（Christopher Lloyd 饰）就心急火燎地把他们带到了30年后的未来世界，原来这一次是马丁未来的两个孩子因参与抢劫锒铛入狱，博士要携马丁一起阻止悲剧发生。 　　周旋一番后，两个孩子被成功挽救，但三人回到现实世界后，却发现周遭发生了天翻地覆的变化，世界被贝夫（Thomas F. Wilson饰）所控制，马丁的父亲乔治惨死，母亲洛莲（Lea Thompson 饰）竟然成了贝夫的妻子！ 　　这一切都是因为时光机器的秘密不慎被未来的老贝夫识破，他偷偷回去捣鬼，竟因此使得整个世界都在他的掌握下！马丁与博士再次踏上时光穿梭的征途，希望将世界扳回正轨。

　　希腊哲学家柏拉图曾经在公元前360年两度在他的著作【对话录】提及亚特兰提斯这个文明——“在一个分不清楚昼夜的晚上，亚特兰提斯沉入了深海。”
　　1914年华盛顿的市立博物馆里，年轻的男主角迈罗是一位语言学家，对于亚特兰提斯的传说深信不已。迈罗希望自己能像祖父一样成为一位伟大的探险家。在得不到博物馆的资金赞助下，突然出现一位祖父生前怪怪的好友愿意提供迈罗资金，让他去探索亚特兰提斯存在的真假。
　　迈罗领着专家组成最顶尖的探险队，出发前往深海寻找亚特兰提斯城。万万没想到，亚特兰提斯人居然仍然生活在地底的世界里。在亚特兰提斯的国度里，迈罗与探险队见到了亚特兰提斯二万岁高龄的国王以及八千五百岁的姬妲公主，他们对亚特兰提斯文明的未来感到忧虑，公主希望探险队可以帮助她的王国重新找回动力。不料整支探险队伍除了迈罗之外全都心怀不轨，他们全是为了金钱财富而来。
　　探险队准备将公主绑架走，而姬妲公主是亚特兰提斯城生命的源头。此时迈罗必须依靠一己之力在亚特兰提斯人民的帮助下将公主救回。

　　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……