馬丁從他生活的八十年代來到了1955年，根據好朋友埃米博士於1885年留下的信件，馬丁找到了博士研製的時空穿梭機。本以為可以乘坐著這台機器回到未
來，馬丁卻意外發現了博士的墓碑，原來他在留下那封信後不久便被人殺害。為了拯救埃米博士，馬丁乘坐時空穿梭機來到了1885年的美國西部。
馬丁化名來到小鎮找到了當時從事鐵匠工作的博士，正當他們準備離開小鎮時，才發現漏油的時空穿梭機在當時無法得到燃油的供給，無奈之下博士想到了利用火車
頭的推力使時空穿梭機達到每小時88公里，這樣機器就可以正常運轉了。在現場勘察時，博士和馬丁救下了因馬匹受驚而險些跌入峽谷的年輕女教師克萊拉小姐，
博士與她一見鍾情。小鎮上的無賴特恩一直在找博士的麻煩，為了證明他在小鎮中的地位，他甚至想要謀殺博士。
根據1955年發現的墓碑上的記載，博士被害的日期馬上就要到了。博士和馬丁準備返程的計劃馬上就可以實現了，但特恩卻在頭一天的舞會上找到博士，企圖將
他殺害，是馬丁將博士救下，並和特恩相約在第二天的早上決鬥。馬丁知道這是唯一可以讓博士免於遇難的方法。馬丁利用智謀和勇氣戰勝了特恩，特恩被警察帶
走，馬丁改變了歷史！
馬丁坐上了時空穿梭機，在離開小鎮的那一刻，博士決定留下來和心愛的克萊拉生活在一起。馬丁告別了博士轉瞬間回到了他生活的八十年代，感覺一切就像是一場
夢。當馬丁帶著女友來到已經損毀的時空穿梭機前時，馬丁突然帶著克萊拉和兩個兒子出現在這裡。他研製了新的時空穿梭機，並開始了與家人的時空旅行。
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