近未来，奥特普能源公司研发出一种利用平行宇宙获取新能源的方法，并盛情邀请飞行员兼物理学家威廉·波特（丹·史蒂文斯 Dan Stevens 饰）协助。因为要照顾身为单亲妈妈的妹妹米娅和患有心理疾病的侄子东尼，威廉婉拒了奥特普的邀请，后抱着强烈的使命感和好奇心，决定投身新计划。不料，就在威廉穿越至另一个宇宙时，系统不稳定导致宇宙即将坍塌。面对机甲和反叛组织的追逐，威廉必须拼尽全力，为了保护心爱的家人和真实宇宙，尽快解决如同末日来临般的大危机。
1982年冬天，挪威科考队的一架直升机突然打破了南极大陆的平静，直升机疯狂的追逐一只雪橇犬，最后坠毁在美国科考营地的附近。美国科考队员对挪威考察队近期人员骤减的情况有所耳闻，于是飞行员麦克（Kurt Russell 饰）与众人赶赴挪威营地，结果看到的是一地破败中四处散落着奇怪的尸体，并有证据表明挪威人得到了某种冰封状态中的生物。医生布莱尔（Wilford Brimley 饰）研究了尸体的变异却无法破解成因。当晚，犬笼中的狗遭到袭击并发生了变异，一种不可知的生物正在这孤寂的南极大陆威胁着科考队员们的生命……
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
阿历斯（阿诺•施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）和拉里博士（丹尼•德维托 Danny DeVito 饰）研究了一种新的生育配方――安胎灵，它能大大降低女性怀孕的风险。但这种药却没有获得联邦药物处的人体试验批准，所以一直不能上市。资助方将资金和设备都抽走了，无奈两位博士被竞争对手兼顶头上司诺亚安置到女博士黛安娜（艾玛•汤普森 Emma Thompson 饰）手下协助工作。拉里博士为了他们的产品能顺利上市，偷偷将黛安娜冷藏在实验室准备做实验用的卵子和阿历斯的精子结合成受精卵，并劝服了阿
