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
1943年10月，美国海军在费城进行了一次人工强磁场的机密试验，即着名的费城实验（The Philadelphia Experiment），实验成功地将一艘驱逐舰及全体船员投入另一空间。在实验过程中，实验人员啟动脉衝和非脉衝器，使船只周围形成了一个巨大的磁场。随后整条船被一团绿光笼罩着，船只和船员也开始从人们的视线中消失。实验终止时，舰船已被移送到了479公里以外的诺福克（Norfolk）码头。此后，一些船员身上仍留有实验的反应，不论在家里，在街上，在酒吧间或饭店里，都会突然地消失又重现，让旁观者惊讶不已
机器人安德鲁（罗宾威廉斯 Robin Williams 饰）是尼尔家四代人的管家。原本尼尔一家只是当他一部机器来使用，但大家渐渐发现安德鲁不只是一个家务机器这么简单，他在日常还会和他们一起欢笑，懂得人类的习俗，体会人类的情感。 安德鲁在尼尔家的女儿很小的时候就喜欢上她了，但由于没有他没有安装感觉模块，他任由她嫁给了一个错误的人。由于没有感觉，安德鲁可以在海边独自一人盖一栋房子生活。知道某天，他遇上了机械专家、科学狂人，为他安装上了感觉模块。 至此，安德鲁才体会到什么是吃醋、什么是恋爱。经过一番努力
