一个巨大的外星无人探测器正朝着地球航行，它不断发出奇怪的无线电信号:强大的信号将海水煮沸，干扰附近的星舰，造成大范围的破坏。这时，中将·詹姆斯·柯克和他的船员驾驶猛禽号(已改名为 "赏金 ")在完成复活斯波克上校的任务后从克林贡偷来的，尽管他们已经知道自己将面临军事法庭的指控:他们被指控盗窃了企业号航空母舰，并对她的毁灭负有责任。就在这个节骨眼上，还在养伤的斯波克发现，这个外星探测器正试图与地球上的座头鲸建立联系；不幸的是，早在三个世纪前，座头鲸就因过度捕杀而灭绝了。

柯克下令 "赏金 "进入引力弹射状态，并利用太阳引力进行时空旅行至20世纪末。这艘星舰于1986年抵达加州旧金山。船员们把星舰藏在金门公园的草坪上。之后，他们开始寻找可以与外星探测器交流的鲸鱼，可以将鲸鱼放在星舰上的容器，以及可以恢复猛禽号供电的材料。—— ;在星际飞船 穿越时空的旅行。柯克和斯波克最终得到了鲸鱼专家吉利恩·泰勒博士的帮助，他在索萨利托的鲸鱼协会照顾了两头座头鲸。

在经历了许多困难之后，——，包括G——企业号的船员成功营救了两头座头鲸，并把它们带到了未来，及时拯救了地球。然后机组人员被带到联邦委员会面前，接受了多项指控。没有受到指控的斯波克和其他船员站在一起。最后，鉴于他们最近的英勇表现，除了对中将·柯克的指控，对其他被告的所有指控都被撤销了。柯克被判犯有作为上级军官不服从命令的罪行，并象征性地降级为上校作为惩罚；但为了表彰他的英雄行为，他被任命为美国企业号航空母舰的舰长。泰勒博士和企业号全体船员来到23世纪，决定加入星际舰队，成为一名科学官员。

作为情节框架，次要情节显示斯波克 他的记忆逐渐恢复，他以前获得并接受的人类传统，以及他对自己感情的认可。在电影的开始，他没有 I don’我不明白问起他的情况有什么意义感觉和但最终，他意识到了 的重要觉 "人类，并要求他的父亲告诉他的母亲，他 "感觉很好。