Handlingen foregår kronologisk i tiden etter (1991). Dr. Emmett Brown – «Doc» – har flyttet til en gård i Hill Valley, en fiktiv by i California, sammen med sin kone Clara, deres sønner Jules og Verne, og familiens hund, som heter Einstein. Som i de tidligere filmene gjør personene i serien tidsreiser ved hjelp av en ombygd bil av merket DeLorean. Docs DeLorean ble ødelagt mot slutten av film-trilogien, men i denne serien har den tilsynelatende blitt reparert.