Hill Valley, le 25 octobre 1985. Marty McFly, un adolescent typique des années 1980, mène une existence d'un garçon de son âge. Son père, George McFly, timide, couard et ne supportant pas le conflit, s'écrase sans cesse devant son chef de bureau, Biff Tannen, qui l'oblige à rédiger ses propres comptes-rendus. Sa mère, Lorraine Baines McFly, boit beaucoup, son mariage avec George lui pesant ; très possessive, elle s'indigne que son fils sorte avec Jennifer et lui fait souvent des remontrances. Marty a un frère, Dave, et une sœur, Linda.
Sur la planète X, le peuple des souris est en danger : les chats gangsters, foulant aux pieds les anciens accords entre chats et souris, s'apprêtent à massacrer entièrement les souris. Au dernier moment, alors que les chefs des souris en sont venus à envisager de quitter la planète, un espion souris est envoyé en secret afin de découvrir les plans d'une machine qui pourrait sauver toutes les souris. Mais l'espion a fort à faire face aux chats gangsters et aux rats bandits qu'ils ont envoyés contre lui.
L'ingénieur Timofeïev tente de construire une machine à voyager dans le temps. Soudain sa machine se met en marche et met en relation l'appartement de l'ingénieur avec le palais d'Ivan le Terrible, lequel découvre ainsi la vie moderne. Dans le même temps, le retraité Bounch et le voleur Georges, qui se trouvaient chez l'ingénieur, ont fait le voyage inverse...
Truman Burbank est un agent d'assurances, marié à Meryl, qui est infirmière. Ils vivent paisiblement dans la cité paradisiaque de Seahaven remplie de gens sympathiques, de maisons identiques et de jardins bien entretenus. Truman a néanmoins envie de voyager à l'étranger, de découvrir de nouvelles choses, et surtout de retrouver une femme, Sylvia, dont le regard l'a envoûté dans sa jeunesse. Cependant tout semble contraindre Truman à rester dans la ville. Sans le savoir, il est en effet le héros d'une émission de télé-réalité qui le suit depuis sa naissance.
Au début du XXII siècle, la compagnie Buy-N-Large monopolise l'économie de la Terre par un trust concernant les biens et les services. Il est devenu un gouvernement mondial globalisé. La surconsommation effrénée a tôt fait de transformer le monde en un dépotoir gigantesque. La société commandite un exode massif à bord de vaisseaux spatiaux dans une tentative de préserver l'Humanité. Des milliers de machines robotiques dénommées WALL-E (Waste Allocation Load Lifter-Earthclass) ont été fabriquées par la compagnie. Ces engins ont pour unique tache de « nettoyer » la Terre en compactant la myriade de détritus qui parsèment le sol, durant les cinq années que doit durer l'exode. Mais beaucoup d'entre eux se désactivent inexplicablement et sont hors-services, forçant les humains qui n'ont pas d'autres plans de replis à rester dans l'espace.
Lors d'un congrès du Club des Astronomes, le professeur Barbenfouillis, président de ce club, surprend l'auditoire en faisant part de son projet de voyage dans la Lune. Il organise ensuite pour ses confrères la visite de l'atelier où l'obus spatial est en chantier. Il sera propulsé en direction de la Lune au moyen d'un canon géant de 300 mètres de long, embarquant à son bord six savants astronomes, dont Barbenfouillis.
L'histoire raconte l'aventure de Duck Dodgers à la recherche de « l’Illudium Phosdex ». Cet élément chimique rare, atome constitutif de la crème à raser, ne se trouve plus que sur la mystérieuse « planète X ». Daffy Duck, accompagné de son « Cadet de l'espace » (Porky Pig), fait des recherches sur un tableau et déduit qu'il faut passer par toutes les planètes marquée d'une lettre, et ceci par ordre alphabétique, pour aboutir « naturellement » à cette planète X. Daffy Duck finit par y atterrir. Il en prend possession au nom de la Terre, au moment où Marvin le Martien fait de même au nom de la planète Mars. Les deux champions planétaires vont devoir s’affronter en un combat où la ruse compte encore plus que la force brute. Au cours de leur recherche de la suprématie sur la planète, Daffy et Marvin se menacent chacun d'un pistolet désintégrateur. Quand Marvin tire, il désintègre Daffy en particules atomiques. Mais heureusement Porky le « réintègre » grâce à un pistolet du même nom. Depuis leur vaisseau respectif, Daffy et Marvin s'espionnent ; puis chacun dirige sur l'autre une arme extrêmement destructrice. La planète est peu après complètement détruite, sauf un petit morceau qui flotte dans l'espace et auquel se raccrochent les trois protagonistes. Tandis que Daffy-Duck Dodgers crie victoire, Porky conclut par un désabusé « Oh la belle affaire.
Frederick 'Frankenstine', arrière petit-fils du docteur Frankenstein, n'est pas fier des travaux de son arrière grand-père. Après avoir donné un cours sur le système nerveux, Frederick est abordé par un homme apportant le testament de son grand-père. Frederick laisse alors sa fiancée Elizabeth et se rend au château familial en Transylvanie, où il est accueilli par Igor, un serviteur bossu et Inga, une laborantine. Frederick décide à son tour de créer un être vivant à partir de cadavres. Igor est chargé de trouver le cerveau d'un génie pour l'implanter dans la tête de la créature. Malheureusement, Igor se trompe et apporte à son maître un cerveau anormal.
Arif est un personnage à multiples facettes. Il est vendeur de tapis en Cappadoce, guide touristique quand il le faut, et à l'occasion, vendeur de photos d'Ovni qu'il bricole lui-même...
Kung Fury, détective de la police de Miami dans les années 80, voit son coéquipier abattu par un ninja. Adolf Hitler voyage dans le futur. Kung Fury va alors tenter de sauver le monde en remontant dans le temps pour tuer Hitler. Un bug informatique le conduit à voyager entre les époques.
Une rampe de lancement de fusée se trouve exactement au-dessus du terrier de Bugs Bunny. Notre lapin se réveille d'une nuit difficile. Il ne se rend pas compte qu'en sortant de chez lui, il rentre dans la fusée par la tuyère. La fusée quitte la Terre avec le lapin à bord. Bugs émerge enfin du sommet de la fusée, se rend compte qu'il est loin dans l'espace. Il se retrouve accroché au spoutnik avec lequel il atterrit dans une sorte de gigantesque station spatiale. Il découvre l'extraterrestre Marvin se déplaçant vers un étrange (et très gros) télescope orienté sur la Terre, et qui se révèle être un canon dont le but est de détruire cette planète qui lui cache la vue de Vénus. Il loge à la base du « canon-télescope » une pièce décisive, qui est en fait un tout petit bâton de dynamite. Bugs éteint le bâton avant qu'il n'explose, puis le vole. Marvin envoie ses « troupes » à la poursuite de Bugs, troupes formées de martiens à corps de poulet vert. Il les crée à partir d'un distributeur automatique doté d'une capacité de 10 000 martiens « instantanés », déshydratés dans leur bocal. Marvin les fait revenir à leur taille normale en les arrosant avec de l'eau comme avec des graines.
Sur Terre, en 1988, le jeune Peter Jason Quill rend visite à sa mère à l'hôpital. Cette dernière est atteinte d'un cancer en phase terminale. Elle donne un cadeau à Peter puis meurt. Peter s'enfuit en pleurs, avant d'être aspiré par un vaisseau spatial.
Sam Lowry est un bureaucrate dans un monde rétro-futuriste totalitaire. Il se contente de son travail et de sa petite vie tranquille tout en s'échappant en rêve dans un monde de héros romantiques. Son existence satisfaite, mais solitaire, est compliquée par l'arrestation brutale d'un certain Archibald Buttle, en raison d'une erreur administrative. Il tente de réparer cette injustice et doit lutter contre un système extrêmement contrôlé qui le considère de plus en plus comme un dissident.
Un extra-terrestre à l’allure étrange confie à deux humains, Diadia Vova (oncle Vova) et Skripatch (Violoniste), un appareil mystérieux. À la suite d’une manipulation imprudente, Diadia Vova et Skripatch se retrouvent transportés sur la planète désertique Plouke de la galaxie Kin-dza-dza. Peuplée d’humanoïdes télépathes, la planète cultive un curieux paradoxe. Disposant d’une technologie très en avance sur la Terre, Plouke présente un système social proche de la barbarie...
Après s'être involontairement retrouvé projeté en 1955 à bord d'une voiture équipée d'une machine à voyager dans le temps, le héros Marty McFly est de retour à son époque en 1985, mais constate les changements apportés à sa vie et à sa famille, conséquence des modifications qu’il a effectuées dans le passé dans le premier opus, modifiant les évènements de 1955 et donc affectant son présent en 1985.