Marty og Doc er knap nok kommet sig over deres forste eventyr i tidsmaskinen, da de igen sender sig selv ud i uendeligheden uden grænser for tid og sted.

Juristen Rachel (Ginnifer Goodwin) har i årevis været hemmeligt forelsket i Dex (Colin Egglesfield), som hun lærte at kende, mens hun studerede. Da Rachels veninde Darcy (Kate Hudson) møder Dex, slår hun straks kløerne i ham - til Rachels store fortrydelse. Og værre går det, da Dex og Darcy kort efter annoncerer, at de skal forloves, og Darcy gerne vil have Rachel som brudepige til det kommende bryllup. Spørgsmålet er, om Rachel skal erklære Dex sin store kærlighed, inden det er for sent?

Marty kan endelig ånde lettet op efter at have vendt tilbage til nuet, men Doc Brown befinder sig i det vilde vesten år 1885 og Marty må tilbage i tiden for at redde ham.

En dag da Charlie og hans venner er sammen efter skole, opdager de, at verdens mægtigste superhelt har sit hovedkvarter gemt under hans hjem. Så da skurke angriber, må de samarbejde for at forsvare hovedkvarteret og redde verden.