בחזרה לעתיד
הפקה > ליהוק

מייקל ג'יי פוקס היה הבחירה הראשונה של יוצרי הסרט לתפקיד מרטי מקפליי, אף על פי כן, באותה העת פוקס היה מחויב לקחת חלק בצילומי הסיטקום "קשרי משפחה". המפיק של "קשרי משפחה" גארי דייוויד גולדברג היה סבור באותה העת שפוקס היה חיוני להצלחת הסיטקום. בעת שהקולגה מהסדרה מרדית' בקסטר הייתה בחופשת לידה, הדבר אפשר לפוקס להקדיש זמן להשתתפות בסרט. לקראת סוף 1984 התברר שפוקס לא יוכל לככב בסרט בשל ההתחייבות לקשרי משפחה. האפשרויות החלופיות היו שאת התפקיד יגלם כריסטופר תומאס האוול (אנ') או אריק סטולץ. סטולץ הרשים את המפיקים עם התפקיד אותו גילם בסרט "מסכה" (אשר טרם יצא אז לאקרנים) ועל כן הם בחרו בו לגלם את מרטי מקפליי. בשל תהליך הליהוק המורכב והמפרך, תאריך התחלת ההפקה עוכב פעמיים.
ארבעה שבועות לאחר תחילת צילומי זמקיס קבע שסטולץ אינו מתאים לגילום דמותו של מרטי מקפליי. על אף שהוא וספילברג הבינו שהמשמעות היא שהם יהיו חייבים לצלם מחדש את הסרט ושהעלות של המהלך תהיה בין 3 ל-14 מיליון דולרים, הם החליטו שהדבר הכרחי להצלחת הסרט. לטענת ספילברג זמקיס הרגיש שלסטולץ לא היו איכויות קומיות וכי סוג המשחק של סטולץ היה דרמטי מדיי לתפקיד. לטענת גייל ההרגשה הייתה שסטולץ משחק את התפקיד, בעוד שהאישיות של פוקס דומה יותר לאישיות של מרטי מקפליי. גייל ציין גם כי סטולץ חש לא נוח עם רכיבה על סקייטבורד, בעוד שלפוקס לא היו בעיות לרכב על סקייטבורד. שבועיים לאחר תחילת הצילומים סטולץ ציין בשיחת טלפון עם הבמאי פיטר בוגדנוביץ' שהוא סבור שהוא לא מתאים לתפקיד ולחזון של גייל וזמקיס.
לוח הזמנים של פוקס נפתח בינואר 1985 כאשר בקסטר חזרה לקחת חלק בצילום הסיטקום קשרי משפחה בעקבות חופשת ההריון שלה. צוות ההפקה של "בחזרה לעתיד" נפגש שוב עם גולדברג, אשר חתם איתם על חוזה לפיו הוגדר כי העדיפות הראשונה של פוקס תהיה "קשרי משפחה", ואם יתגלה קונפליקט בלוח הזמנים, פוקס יאלץ להתמקד בראש ובראשונה בצילומי "קשרי משפחה". פוקס אהב את התסריט של בחזרה לעתיד. לטענת פוקס הוא הרגיש שדמותו של מרטי מקפליי דומה לו במיוחד. "כל מה שעשיתי בתיכון היה לרכב סקייטבורד, לרדוף אחרי בנות ולנגן בלהקות, אפילו חלמתי להיות כוכב רוק".
כריסטופר לויד לוהק לתפקיד דוק בראון לאחר שהבחירה הראשונה של חברת ההפקה, ג'ון ליתגאו, לא היה זמין לקחת חלק בהפקת הסרט. לויד דחה במקור את התפקיד, אך שינה את דעתו לאחר שקרא את התסריט ולאחר שאשתו דחקה בו לקחת את התפקיד. הוא בחר לבסס את הדמות על אלברט איינשטיין והמנצח לאופולד סטוקובסקי. הוחלט בהמשך שגבו של דוק בראון יהיה כפוף בסרט מכיוון שלויד (בגובה 1.85 מטרים) היה גבוה בהרבה מפוקס (בגובה 1.65 מטרים), ובאופן זה היה נדמה שהגבהים ביניהם לא גדולים מדי.
כריספין גלובר נבחר לגלם את ג'ורג' מק'פליי. לטענתו של זמקיס גלובר אילתר חלק ניכר מן הגינונים המאפיינים את הדמות החנונית של ג'ורג', כמו ידיו הרועדות. בשל מחלוקת חוזית גלובר הוחלף בג'פרי וייסמן בסרטי ההמשך.
ליאה תומפסון נבחרה לגלם את דמותה של לוריין מקפליי, במקור בעיקר משום שהיא כבר שיחקה עם סטולץ בסרט "The Wild Life" (אנ'). המפיקים בחרו בה לתפקיד כאשר הם בסרט בעת תהליך הליהוק של סטולץ. בסצנה בתחילת הסרט בה היא מגלמת את לוריין בגיל המעבר, לקח למאפרים שלוש וחצי שעות לעבוד על האיפור של הדמות.
תומאס פ. וילסון נבחר לגלם את ביף טאנן משום שהמפיקים חשו שהבחירה המקורית, ג'יי ג'יי כהן (אנ'), לא היה גדול מספיק בהשוואה לסטולץ. כהן נבחר בשל כך לאחד מחברי הכנופיה של ביף. אלמלא צילומי הסרט היו מתחילים עם סטולץ, סביר להניח שכהן היה זוכה בתפקיד של ביף טאנן.
בעוד שבתחילה השחקנית מלורה הארדין נבחרה לגלם את חברתו של מרטי, ג'ניפר, לאחר שסטולץ פוטר גם היא פוטרה בטענה שהיא הייתה גבוהה מדי בשביל לגלם את הדמות לצד פוקס. הארדין פוטרה לפני שאף השתתפה בצילומים, והיא הוחלפה בשחקנית קלודיה וולס.