Un pequeño grupo de extraterrestres provenientes de Marte, que parece más bien un chiste cósmico que una amenaza intergaláctica, recibe la misión de invadir la Tierra. Pero, como suele suceder en estos casos, la misión se vuelve un desastre cuando su nave espacial se pierde y termina aterrizando en un tranquilo pueblo americano durante la noche de Halloween. En lugar de ser recibidos como héroes, estos torpes alienígenas se encuentran en medio de una celebración donde los niños disfrutan de dulces y travesuras.

En un vibrante Los Ángeles de 1947, donde los lápices cobran vida y los personajes animados conviven con humanos, un famoso y exasperante conejo llamado Roger es acusado de un crimen que no cometió: el asesinato de su esposa, Jessica Rabbit, una voluptuosa femme fatale. Desesperado por limpiar su nombre, Roger busca la ayuda de Eddie Valiant, un cínico detective privado que odia a los "toons" tras una tragedia personal. A regañadientes, Eddie acepta ayudar a Roger.

En la década de 1980, un adolescente llamado Marty McFly lleva una vida típica de un chaval de secundaria en el pequeño pueblo de Hill Valley. Todo cambia cuando su excéntrico amigo, el científico Doc Brown, desarrolla una máquina del tiempo en un automóvil DeLorean. Después de un accidente inesperado, Marty se encuentra transportado al año 1955, donde su vida da un giro radical. En esta época, Marty se enfrenta a varios desafíos, incluido el riesgo de alterar su propia existencia.