太空探测器发出的怪声导致地球风暴，并面临自毁的威胁。寇克船长和他们的船员再度担负起拯救人类的使命。他们发现怪声其实是座头鲸的呼唤，唯一的选择就是回到20世纪去带回一只座头鲸来对探测器作出回应。

寇克上将虽然战胜了可汗并建立了创世星，但一切胜利皆徒然。因为他好友斯波克无故身亡，而麦考伊亦莫名其妙地变得精神失常。斯波克的父亲沙瑞克并透露了一个惊人的消息，原来麦考伊正窝藏冼的躯壳，寇克面对两名挚友一殁一存，且两人都受尽苦楚，因此矢志要拯救两位好友，决定盗用企业号去突破创世星封锁区，跟敌军展开殊死之战。