バック・トゥ・ザ・フューチャー
主題歌『The Power of Love』を歌うヒューイ・ルイスが、序盤のオーディションのシーンで拡声器を持って「もういい、音が大きすぎる」と言う審査員役でカメオ出演している(ただしノンクレジット)。ヒューイは、「こんな姿がMTVに晒されたら僕はおしまいだ。映画に出て以来、落ちぶれたって言われるよ」と、ジョークを飛ばした。
なおこのときの「音が大きすぎる」は、ヒューイ自身が『We Are the World』のレコーディング時に、プロデューサーから「声が大きすぎる」と、注意を受けているメイキングビデオからのパロディである。
1955年11月12日に行われたプロムで、臆病者のジョージがビフを退けてロレインとキスをする手助けをしたマーティは、辛うじて自身の消滅を免れ、時計台に落雷する22時4分ぎりがりにタイムマシンに乗り込み、ドクの命がけの助力で1985年10月26日1時24分(ドクが銃撃される11分前)への帰還に成功する。
すぐに現場に駆けつけたマーティだったが、あと一歩及ばずドクはまたも過激派の銃撃を受けてしまった。その場に泣き崩れるマーティだったが、彼の目の前でドクはゆっくりと起き上がる。1955年から帰還する直前にマーティが残した手紙で、自分が銃撃される未来を知っていたドクは防弾対策を施していたのだった。ドクとの再会を喜んだ後に自宅に戻ったマーティは、朝になって自宅が裕福になっていたことに驚く。マーティの介入によって1955年11月12日にビフを倒したジョージは自信をつけて臆病な性格を改善し、夢であった小説家として大成していた。一方でビフは零細自動車整備業の名ばかり社長となり、ジョージに頭が上がらなくなっていた。
困惑するも冴えない家庭が立派になって喜んでいたマーティの目の前に、再びドクがデロリアンに乗って現れる。未来で重大なトラブルが起こったので、解決のために同行して欲しいという。マーティとその場に居合わせたガールフレンドのジェニファーを乗せ、未来の技術で改良されたデロリアンは、空を飛んで未来へと向かうのだった。
マーティ役は元々マイケル・J・フォックスが候補に挙げられていたが、当時フォックスはテレビドラマ『ファミリータイズ』のレギュラーを持っており、共演者が産休に入っていたためフォックスが番組を担っていた。そのため、映画との掛け持ちを許されなかった(『ファミリータイズ』のプロデューサーは優れた脚本に対し「彼にオファーしないでくれ。彼はこの映画を大変気に入るだろうが、出演はできないことは確実なので、私が彼に一生恨まれる」と言った)。彼へのオファーは断念され代わりにエリック・ストルツが起用される。また、マーティ役がストルツに決まるまで時間がかかり何度も撮影延期され、ようやく撮影が開始される頃、ジェニファー役のクローディア・ウェルズはスケジュールが合わなくなり、代わりのジェニファー役にメロラ・ハーディンが起用された。
しかしストルツはドクとの掛け合いでの違和感などの理由から撮影開始から6週間で降板させられ、再度『ファミリータイズ』のプロデューサーに掛け持ちを打診したところ「女優も復帰したから、マイケルが“イエス”と言えば出させてもいい。ただし、ドラマの撮影の方を優先する」との条件で了解が得られ、最終的にはフォックスに落ち着いた。さらに、ハーディンはフォックスよりも身長が高かったため、2人のバランスが合わないことが原因で降板、フォックスが撮影に合流する頃にはウェルズのスケジュールも再び合わせることが可能であったため、ウェルズがジェニファー役に復帰した。
当時のフォックスは朝6時に起きてドラマの撮影、夜は映画の撮影で自宅に戻れたのは深夜2時を回っているのがザラだったという。
放射線防護服で宇宙人に紛したマーティがジョージの家に侵入し、アイワの携帯音楽プレーヤーを使い、ハードロックで拷問を加えるシーンで出てきたテープには、バンド名であるヴァン・ヘイレンではなくエドワード・ヴァン・ヘイレンと書かれている。これは、エドワード以外のメンバーがバンド名の使用を承諾しなかったためである。ただし、カセットテープのインデックスには「エドワード」の文字だけ小さく書かれているため、パッと見は「ヴァン・ヘイレン」と書かれているようにしか見えない。
マーティがヒルバレーでビフとその子分たちに車で追い回された際、マーティは子供が使用していた木製のキックスクーターを借りてハンドル部分を取り外し、スケートボードのように使用して追跡から逃れようとした。これはスケートボードの原型がキックスクーターのハンドルを取り外した物であるという説に則っている。なお、スケートボードが本格的に流行し始めたのは1960年代以降である。
マーティが魅惑の深海パーティーに赴くため借りた1955年当時のドクの車は、1948年式パッカード・カスタムエイト・ヴィクトリア。旧式だが当時のアメリカにおいて格の高かった最高級車の一つで、1985年当時のデロリアン共々、ドクの自動車への趣味的こだわりを示唆する。なおパッカードもデロリアンも経営破綻で消滅した自動車メーカーである。
魅惑の深海パーティーで指を負傷したギタリスト、マーヴィン・ベリーの代理としてマーティがギターを演奏し、その後のアンコールで「ジョニー・B.
当時のMCA、ユニバーサル・スタジオ社長兼CEOのシド・シャインバーグは脚本にあった「ブラウン教授」という呼び名を変更すること、母親の名前の変更(当時はメグという名前だった)、ドクのペットの変更(当初はチンパンジーだった)、タイトルの変更を求めた。ゼメキスとゲイルは要求を飲み、「教授」から「ドク」と呼び名を変更し、当てつけに母親の名前を彼の妻(スピルバーグの『ジョーズ』にも出演した女優のロレイン・ゲイリー)のロレインに変更、ペットを犬に変えたが、タイトルの変更は阻止した。しかしシャインバーグはタイトルを本気で変更しようと「Spaceman from Pluto(冥王星から来た宇宙人)」という改題提案を送り、困った2人はスピルバーグに相談。スピルバーグは社長に「面白いジョークをありがとう。朝からみんな笑って撮影現場に活気が生まれた」と返事をした。シャインバーグはそれっきりタイトルの話はしなかったというが、公開後、「あのタイトルだったら、もっとヒットしたはずだ」とゲイルに嘯いた。