马蒂·麦佛莱是回到未来系列的主角，由迈克尔·J·福克斯饰演，动画系列中由David Kaufman配音，游戏系列里由A.J. Locascio配音。在2008年，马蒂·麦佛莱被帝国杂志选为最佳电影角色之一，排名第39。
电影里没有提及马蒂和博士认识的经过，据第一集剧本的草稿记述，1983年，博士在马蒂的车库出现，请马蒂清洁博士的车库，每周的酬劳是50元美金，并免费啤酒和他的唱片收藏，但这解说不为大部分影迷接受。
2015年，马蒂已和珍妮佛结婚，并育有一对孪生子女：马蒂·麦佛莱二世和玛莲·麦佛莱，于1998年4月28日出生。
他的好友博士向他展示他的新发明—时光车，碰巧利比亚恐怖份子前来追讨博士偷的钚元素，马蒂为躲避追杀，跳上时光车逃跑，意外地回到1955年。
他偶遇年轻时的父亲乔治，干预了原本乔治和母亲罗兰相遇的历史，令罗兰转而爱上了自己。他去找当时的博士，向他解释他是来自未来的，博士原本不相信他，直至他道出博士头部受伤的经过，博士才相信他。博士问他曾遇上什么人，马蒂惊见他的哥哥从他和兄姊的合照中逐渐消失，博士恍然若马蒂再不修正历史的话，他和姐姐也会接续消失。
马蒂去他的父母就读的中学，介绍罗兰给乔治认识，但她眼中只有马蒂，没有理会乔治。博士惊悉罗兰喜欢的人不是乔治，而是马蒂。
马蒂不停缠绕乔治，说服他带罗兰去学校舞会。马蒂想到“英雄救美”之策，自己要假装占罗兰便宜，然后乔治救她，让罗兰爱上乔治。但过程中被毕夫介入，马蒂被困在吉他手的车尾箱内，吉他手替马蒂解困时不慎割伤了手指，不能演奏。马蒂眼见照片里的兄姊逐渐消失，自荐当吉他手，让舞会能顺利进行。
舞会中，罗兰被另一名男生抢去，台上的马蒂无法继续演奏，他看见照片里的自己正在消失，只能希望乔治会救罗兰。幸好乔治最后救回罗兰，并相吻，马蒂才能避免消失，马蒂争取在舞台上表演的机会，以喜爱的歌曲“Johnny B. Goode”作终结。
马蒂赶去钟楼和博士合作，利用闪电助时光车穿越时空，马蒂终于回到了1985年。
马蒂醒来后，发现他的父亲由懦弱的小上班族成为一位成功的作家，原本在快餐店打工的哥哥变成成功人士，而保守的母亲则变得开放，接受了珍妮佛。正当马蒂又惊又喜之时，博士突然出现，说马蒂未来的小孩出了问题，要马蒂带同珍妮佛去2015年挽救。
马蒂、珍妮佛和博士去了2015年。马蒂的儿子（小马蒂）被毕夫的孙子葛夫怂恿，与葛夫党进行偷窃，小马蒂婉拒不果，只好跟他们一起进行偷窃，最后小马蒂被捕及判监15年，玛莲麦佛莱劫狱，结果被判监20年，马蒂来2015年的目的就是阻止这一连串事件发生。马蒂假扮小马蒂拒绝葛夫，经过一番争斗后，葛夫党被捕，小马蒂得以避免判监的命运，但两个马蒂的出现引起了毕夫的注意。马蒂买了一本记录由1950年至2000年中所有体育赛事结果的年鉴，打算回到1985年后以助下赌注，博士斥责一番后把年鉴扔进了垃圾桶，被毕夫捡起。
昏睡了的珍妮佛被警察送去未来的马蒂家，为免珍妮佛碰上未来的自己，马蒂和博士又去了马蒂家，但最终珍妮佛还是碰上了自己而惊讶至晕倒。未来的马蒂因为30年前的车祸受伤而无法再弹吉他，不能成为摇滚歌星，成为小上班族，又因无法忍受被看扁，违规致被解雇，未来的马蒂看着自己一直喜爱的吉他 ，很是沮丧。另一边厢，马蒂和博士及时带走珍妮佛，回到1985年。
马蒂回到1985年后，发现所有事都改变了，山谷市成了无法无天的赌场地狱，整个市镇由毕夫管制，马蒂的父亲甚至在1973年被毕夫暗杀，马蒂的母亲成为毕夫的妻子，终日酗酒。马蒂发现原来2015年的老毕夫夺了年鉴并偷了时光机，回到1955年把年鉴给了当时的自己，毕夫以年鉴下赌注成为富翁。马蒂冒险问毕夫有关年鉴的事，被毕夫追杀，幸好博士及时来到，救了马蒂后再度回到1955年。
马蒂的打扮不能太引人注目，一方面避免碰上自己，另一方面较易从毕夫手上夺回年鉴。马蒂一直留在毕夫的车上，等待机会夺回年鉴。马蒂追踪至学校，多次几乎碰上自己，年鉴又被混乱，困难重重。马蒂刚夺回年鉴，被毕夫党发现，他们追寻至舞会，看见在舞台上演奏的另一个马蒂，打算等另一个马蒂演奏完毕后揍他一顿。马蒂为免另一个马蒂被扰，要令毕夫党无法袭击马蒂，但又不能让另一个马蒂碰上自己。经过一番努力后，终于成功。马蒂在校门外看另一个自己和罗兰道别的情景，却因此给毕夫发现，马蒂惹上麻烦，被毕夫发现他偷取了年鉴。马蒂告诉博士，他们追踪毕夫至隧道，马蒂快要夺回年鉴时被毕夫发现，一场飙车追逐后，马蒂成功夺回年鉴，又被毕夫追讨，最后博士来拯救了马蒂。
马蒂烧毁了年鉴，看见他的父亲被谋杀的新闻变了，他们正准备回到未来时，闪电击中了时光车，博士被送去1885年。博士离开后不久，一名邮差送来一封来自70年前的信，马蒂去找1955年的博士，博士受惊过度晕倒。
马蒂把晕倒了的博士带回博士家。醒来的博士对昨晚的事印象模糊，但记得马蒂回到未来后，看见另一个马蒂自称从未来回到1955年。马蒂醒来，博士被吓到不知所措，马蒂遂给博士看未来的博士于1885年写的信。博士助马蒂修理时光车，马蒂回到1885年。
到达1885年，马蒂被一群印第安人追杀，马蒂把时光车驶进洞穴。他正准备离开时，被熊追赶，马蒂不顾一切地逃跑，结果滚下山崖，被他的祖先西密斯·麦佛莱救起。马蒂醒来时，发现自己身在麦佛莱农场。马蒂撒谎自称名叫“克林·伊斯威特”。西密斯热情款待马蒂，西密斯的妻子看不过眼，她认为他不应对陌生人太好，但西密斯觉得自己应帮助马蒂，感到马蒂好像是跟自己有血缘关系。
马蒂去了山谷市找博士，却遇上同样正在寻找博士的布福·谭能，马蒂不小心得罪了布福，被布福追杀，幸博士及时来到，马蒂才免被勒死。马蒂告诉博士他将被射杀，坟墓上刻有“克莱拉•克莱顿”，马蒂坚信这是博士的女朋友。市长来到，托博士去迎接新来的女教师克莱拉·克莱顿，博士大感惊讶，马蒂更是得意，他想起珍妮佛便担心起来。马蒂和博士修理时光车，油箱破了，令时光车不能行驶至所需速度。马蒂和博士尝试了不同方法推动时光车，在实地考察铁路时，博士救了克莱拉，两人一见钟情。马蒂和博士送克莱拉回家，博士久久仍未肯离开，马蒂开始担心克莱拉会影响博士，向博士暗示克莱拉对博士有意。
克莱拉找寻博士，并邀请博士去山谷市庆祝晚会，马蒂担心博士会答应，示意他拒绝，岂料博士一口答应，马蒂也无可奈何。晚会上，马蒂去看射击游戏，博士找到克莱拉，与她共舞。马蒂试玩射击游戏，百发百中，推销员很惊讶。马蒂重遇他的祖先西密斯和玛吉。马蒂看见博士和布福又有麻烦，即出手救博士，布福看见是马蒂，更是恼怒，马蒂打算离开，被布福叫作“胆小鬼”，马蒂忍受不了被看扁，答应布福的要求，星期一早上与布福一决胜负。博士责怪马蒂胡乱答应布福，其他人却很支持马蒂，还送了一把枪给他。西密斯劝告马蒂要顾念自己的将来，想起已逝去的弟弟马丁，马丁因为无法忍受被看扁，最后被杀。马蒂开始反思。
回到未来的前一天，马蒂得知博士和克莱拉已堕入爱河，担心克莱拉会影响博士作回到未来的决定。博士看见马蒂带着枪想起2015年的马蒂，劝马蒂不要因一时意气而做错决定，马蒂对他的未来紧张起来。
星期一早上，马蒂寻找博士，岂料博士喝醉了，马蒂尝试弄醒博士，但都不成功。布福提早来到，马蒂更焦急。博士终于清醒，马蒂想逃跑，被布福发现，挟持了博士。马蒂找到一块铁板，以此护身。布福开枪射中马蒂，马蒂应声倒地。西密斯大感失望离开，布福以为马蒂已死，怎料马蒂突然起来，布福一拳打向马蒂，发现马蒂以铁板护身，根本没有被射中。西密斯回来，马蒂打败布福。马蒂把枪送给西密斯后与博士前去截停火车。博士用火车推动时光车，博士去跟马蒂会合，发现克莱拉在火车上，博士接克莱拉以致错过了回到未来的机会，马蒂成功回到1985年。
马蒂回到1985年，一辆火车正驶向着时光车，马蒂及时逃出，时光车却被撞毁，马蒂慨叹时光车被毁正如博士所愿。马蒂前去看珍妮佛，她向马蒂诉说自己做了一个关于未来的噩梦，马蒂不慎说出事实。尼度来找马蒂麻烦，要和马蒂赛车，马蒂想起博士的话，没有和尼度赛车，马蒂看见尼度差点撞车，庆幸自己没有意气用事。马蒂和珍妮佛去了时光车被撞毁的地方怀念博士，一辆蒸汽火车突然出现，原来是博士的时光火车，马蒂大感惊喜。
马蒂在回到未来系列中借用了许多名人和电影角色的名字，包括第一集的Calvin Klein(1955年)、第三集的Clint Eastwood(1885年)、游戏系列的Michael Corleone、Harry Callahan和Sonny Crockett(1931年)
马蒂在第一集里曾到过1955年，回到1985年后，原本潦倒的父亲成为成功作家，家境亦好多了。第二集里，他曾到访2015年、被毕夫改变的1985年、和重游1955年。第三集，他到访了老西部年代的1885年，最后回到正常的1985年。游戏系列中，他大部分时间都留在1931年，也到过毕夫党欺霸的1985年和被艾德娜·史崔克兰统治的1985年，更去了比第三集还远的1876年。
