2230年出生于瓦肯星的男孩斯波克（扎克瑞·昆图饰）经常受到同龄人的嘲笑和欺凌，因为他的母亲阿曼达·格雷森（薇诺娜·瑞德饰）是人类。 里克（本·克罗斯 Ben Cross 饰）是瓦肯星球上的一名外交官。 斯波克从小就在严格的瓦肯逻辑训练和人类情感之间挣扎。 斯波克长大后，遇到了同样有着远大抱负的柯克（克里斯·派恩 Chris Pine 饰）。 虽然两人矛盾不断，但通过各种工作考验，两人逐渐开始了解对方。 企业号的老船长是克里斯托弗·派克（布鲁斯·格林伍德 饰），船员包括医务官“骨头”（卡尔·厄本 饰）、总工程师斯科特（西蒙·佩吉 饰）、通讯官乌胡拉警官（佐伊 饰） 萨尔达娜）、舵手苏鲁（约翰·赵饰）和17岁的航海家天才契诃夫（安东·叶利钦饰）。 而来自未来的老人斯波克（伦纳德·尼莫伊 饰）穿越时空，告诉柯克，未来罗慕兰帝国的残余力量尼诺（艾瑞克·巴纳 饰）也回到了现在，并带领着柯克。 为了报仇，尼诺率领大军摧毁了斯波克的家乡火神。 下一个目标是地球……
