2285年，在与可汗的战斗中损坏的联邦星舰进取号，返回了地球的太空港以进行维修。柯克还在为史波克的死感到悲伤。麦考伊医生出现了种种异常的行为：如擅自闯入被封锁的史波克原来的舱房、胡言乱语等，最后他被送进了医院进行精神检查...

盖伊（法利·格兰杰 Farley Granger 饰）拥有一段并不幸福的婚姻，他的妻子乔伊斯（凯茜·罗杰斯 Kasey Rogers 饰）是一个水性杨花的浪女，盖伊对妻子的不忠恨之入骨。布鲁诺（罗伯特

在另一时空，索伦博士正阴谋毁灭星球，攻击进取号。唯一能够帮助新舰长皮卡德来阻止索伦的，只有销声匿迹了78年的柯克船长。

在尼比鲁星球探查期间，企业号舰长柯克为营救史波克采取了胆大妄为的举动，几乎危及全舰队员的生命，他也为此付出代价。不久，柯克官复原职，而伦敦发生一起死亡超过四十人的恐怖袭击事件。该事件的始作俑者约翰·哈里森正来自联盟内部。此后他驾驶飞机袭击了高层会议，柯克最为敬重的派克将军不幸遇难。为了阻止哈里森的外逃阴谋，柯克重新率领企业号启程追击。危机重重的旅途，他和舰员、朋友之间的信任也受到巨大考验。当他们最终找到哈里森，才终于知晓他的真实身份，以及伦敦袭击事件背后的阴谋和黑幕……

柯克船长和企业号的船员们来到了银河系中未知的一个区域，开始完成他们5年的任务——探索新世界，寻找新物种。却在途中滞留异星，遭遇了当地种族追杀，他们必须找到方法离开这个星球。