Z powodu trudności w doborze obsady, datę rozpoczęcia produkcji dwukrotnie zmieniano i ostatecznie wyznaczono ją na 26 listopada 1984 roku.

Po czterech tygodniach od rozpoczęcia zdjęć, Zemeckis uznał, że obsadzenie Stoltza w roli McFlya było błędem. I choć zarówno on jak i Spielberg zdawali sobie sprawę, że nagrywanie tych samych scen od nowa to koszt dodatkowych 3 milionów dolarów, zdecydowali się na zmianę w obsadzie. Jak wyjaśnił Spielberg, Zemeckis uznał, że Stoltz był pozbawiony humoru i dał „przerażająco dramatyczny występ”. Gale dodał, że Stoltz po prostu odgrywał swoją rolę, podczas gdy Fox miał osobowość jak Marty McFly. W styczniu 1985 roku Michael J. Fox w końcu dołączył do obsady, a pod koniec lutego zrobiono ostatnie poprawki w czwartej wersji scenariusza.

Drobne problemy pojawiły się także przy obsadzie innych ról. Początkowo doktora Browna miał zagrać John Lithgow jednak po tym, jak stał się nieosiągalny producent Neil Canton, zaproponował ją Christopherowi Lloydowi, ale aktor ją odrzucił i przyjął dopiero po przeczytaniu scenariusza i namowach żony.

George’a McFlya zagrał Crispin Glover, jednak z powodu sporów z producentami o wysokość honorarium w części II i III został zastąpiony przez Jeffreya Weissmana.