Marty McFly (Michael J. Fox) è un tipico ragazzo di 17 anni. Marty è un buon amico di Doc Brown, lo scienziato strampalato del posto, che ha recentemente inventato una macchina del tempo. Quando Marty si lancia accidentalmente nell'anno 1955, incontra suo padre e di conseguenza interferisce con il primo incontro dei suoi genitori. Marty deve trovare un modo per far incontrare i suoi genitori prima di partire, altrimenti potrebbe non nascere mai! Oltre a questa piccola difficoltà, la macchina del tempo è senza carburante e Marty deve trovare un modo per alimentare il veicolo per il suo ritorno a casa.
Gale e Zemeckis concepirono l'idea di Ritorno al futuro nel 1980. Erano alla ricerca disperata di un film di successo dopo i numerosi fallimenti della collaborazione, ma il progetto fu rifiutato più di 40 volte da vari studios perché non era considerato abbastanza volgare da competere con le commedie di successo dell'epoca. Dopo il successo di Zemeckis nella regia di Romancing the Stone (1984), venne concluso un accordo di sviluppo con Universal Pictures. Fox era la prima scelta per il ruolo di Marty, ma non era disponibile; al suo posto venne scelto Eric Stoltz. Poco dopo l'inizio delle riprese principali, nel novembre 1984, Zemeckis decise che Stoltz non era adatto alla parte e fece le concessioni necessarie per ingaggiare Fox, incluso il rifacimento delle scene già girate con Stoltz e l'aggiunta di 4 milioni di dollari al budget. Le riprese di Ritorno al Futuro si svolsero in California e nei dintorni e sui set degli Universal Studios. Le riprese si conclusero nell'aprile successivo.
In seguito al grande successo delle proiezioni di prova, la data di uscita fu anticipata al 3 luglio 1985, per dare a Ritorno al Futuro più tempo nei cinema durante il periodo di maggior affluenza dell'anno cinematografico. Il cambiamento portò a un programma di post-produzione affrettato e ad alcuni effetti speciali incompleti. Ritorno al Futuro fu un successo di critica e commerciale, guadagnando 381,1 milioni di dollari e diventando il film con il maggior incasso del 1985 a livello mondiale. La critica lodò la storia, gli elementi umoristici e il cast, in particolare Fox, Lloyd, Thompson e Glover. Ricevette diverse nomination ai premi e vinse un Academy Award, tre Saturn Award e un Hugo Award. Anche la sigla, "The Power of Love" di Huey Lewis and the News, fu un successo.
Da allora, Ritorno al Futuro ha accresciuto la sua stima e oggi è considerato dalla critica e dal pubblico uno dei più grandi film di fantascienza e uno dei migliori film mai realizzati. Nel 2007, la Biblioteca del Congresso degli Stati Uniti ha selezionato il film per la conservazione nel National Film Registry. Il film è stato seguito da due sequel, Ritorno al Futuro Parte II (1989) e Ritorno al Futuro Parte III (1990). Grazie al seguito di fan e all'effetto che il film ha avuto sulla cultura popolare, gli Universal Studios hanno lanciato un franchise multimediale che oggi comprende videogiochi, attrazioni per parchi a tema, una serie televisiva animata e un musical teatrale. La sua popolarità duratura ha dato vita a numerosi libri sulla sua produzione, documentari e spot pubblicitari.
Nel 1985, l'adolescente Marty McFly vive a Hill Valley, in California, con la madre Lorraine, alcolizzata e depressa, i fratelli maggiori, che sono dei fallimenti professionali e sociali, e il padre George, mite e vittima di bullismo da parte del suo supervisore, Biff Tannen. Dopo che la band di Marty viene scartata da un'audizione musicale, Marty confida alla sua ragazza, Jennifer Parker, che teme di diventare come i suoi genitori nonostante le sue ambizioni.
Quella sera, Marty incontra il suo eccentrico amico scienziato, Emmett "Doc" Brown, nel parcheggio del centro commerciale Twin Pines. Doc svela una macchina del tempo costruita a partire da una DeLorean modificata, alimentata dal plutonio che ha rubato ai terroristi libici. Dopo che Doc inserisce la destinazione del 5 novembre 1955 - il giorno in cui ha concepito la sua invenzione per viaggiare nel tempo - i terroristi arrivano inaspettatamente e sparano a Doc. Marty fugge con la DeLorean, attivando inavvertitamente il viaggio nel tempo quando raggiunge le 88 miglia orarie (142 km/h).
Arrivato nel 1955, Marty scopre di non avere plutonio da restituire. Mentre esplora la fiorente Hill Valley, Marty incontra il padre adolescente e scopre che Biff maltrattava George già allora. George cade sulla traiettoria di un'auto in arrivo mentre spia l'adolescente Lorraine che si sta cambiando e Marty perde i sensi mentre lo salva. Al suo risveglio si ritrova ad essere assistito da Lorraine, che si infatua di lui. Marty rintraccia e convince un giovane Doc di venire dal futuro, ma Doc gli spiega che l'unica fonte disponibile nel 1955 in grado di generare l'energia necessaria per viaggiare nel tempo è un fulmine. Marty mostra a Doc un volantino del futuro che documenta un imminente fulmine al tribunale della città. Quando i fratelli di Marty iniziano a scomparire da una foto che porta con sé, Doc si rende conto che le azioni di Marty stanno alterando il futuro e mettendo a rischio la sua esistenza; Lorraine avrebbe dovuto occuparsi di George invece che di Marty dopo l'incidente d'auto. I primi tentativi di far conoscere i suoi genitori falliscono e l'infatuazione di Lorraine per Marty si intensifica.
Lorraine chiede a Marty di andare al ballo della scuola e lui trama per fingere avances inappropriate nei suoi confronti, permettendo a George di intervenire e "salvarla", ma il piano va a monte quando la banda di Biff rinchiude Marty nel bagagliaio dell'auto della band che si esibisce, mentre Biff si fa strada con Lorraine. George arriva aspettandosi di trovare Marty, ma viene aggredito da Biff. Dopo che Biff ha ferito Lorraine, un furioso George gli fa perdere i sensi e accompagna la riconoscente Lorraine al ballo. La band libera Marty dall'auto, ma il chitarrista principale si ferisce alla mano e Marty prende il suo posto, esibendosi mentre George e Lorraine si scambiano il loro primo bacio. Con il futuro non più in pericolo, Marty si reca in tribunale per incontrare Doc.
Doc scopre una lettera di Marty che lo avverte del suo futuro e la distrugge, preoccupato delle conseguenze. Per salvare Doc, Marty ricalibra la DeLorean per tornare dieci minuti prima di lasciare il futuro. Un fulmine fa tornare Marty nel 1985, ma la DeLorean si rompe, costringendo Marty a tornare di corsa al centro commerciale. Arriva mentre Doc viene colpito da un proiettile. Mentre Marty è in lutto al suo fianco, Doc si alza, rivelando di aver ricomposto il biglietto di Marty e di aver indossato un giubbotto antiproiettile. Porta Marty a casa e parte per il 2015 con la DeLorean. Marty si sveglia il mattino seguente e scopre che suo padre è ora un autore di fantascienza sicuro di sé e di successo, sua madre è in forma e felice, i suoi fratelli hanno successo e Biff è un servile valletto alle dipendenze di George. Mentre Marty si ricongiunge con Jennifer, Doc riappare improvvisamente nella DeLorean, insistendo perché tornino con lui nel futuro per salvare i loro figli da un destino terribile.