电影开场，进取号 - A 的船员们正在享受惬意的度假时光。新命名的进取号由于试航表现欠佳，正停靠在地球的太空港进行整修。在约塞米蒂国家公园，詹姆斯·柯克舰长面临两大挑战：一是攀登埃尔凯皮顿山，二是教会史波克上校唱露营歌曲。可惜，他们的假期被一场紧急任务打断：船员们被派往荒凉的尼姆巴斯 III 星营救被劫持的人质。一名克林贡中校克拉得知了进取号的任务，决定追赶上去，企图捕获并杀掉柯克。他的这一行为并未得到克林贡政府的授权，纯粹是为了追求战士的个人荣誉。 进取号抵达尼姆巴斯 III 星后，船员们发现绑架者是受情感支配的瓦肯人赛波克，他也是史波克同父异母的兄弟。赛波克绑架了克林贡、罗慕伦与联邦的代表，目的是抢占一艘星舰，因为三名人质所属政府肯定会派人来营救。赛波克并非恶人，他运用独特的心灵能力帮助他人战胜情感创伤，赢得了同伙的信任。赛波克用能力使进取号大部分船员放弃抵抗，他打算穿越位于银河中心的危险能量区域大屏障，去拜访其中的神秘实体。他声称预感到了实体的存在，执意循着预感去探寻，渴望直接感受实体的智慧与力量。 航行途中，赛波克向一直反对他的柯克、史波克和麦科伊展示自己的能力，并表示愿意帮他们释放内心痛苦，但柯克坚信过去的痛苦与失败塑造了自己的人格，拒绝了赛波克的劝诱。赛波克成功引领进取号穿过无人成功穿越过的大屏障，来到神秘行星沙卡里。柯克、史波克、麦科伊决定协助赛波克，一同乘坐穿梭机登陆，与神秘实体接触。起初，这个实体展现出上帝般的庄严，询问探险者到来的方式，得知进取号的存在后，要求登船“将它的力量散布到全宇宙”。然而，当充满怀疑的柯克询问其动机时，实体变得暴怒。意识到“实体”的邪恶本质后，赛波克牺牲自己拖住了恶魔。就在柯克等人等待进取号传送时，进取号遭到一路尾随的克林贡战舰突袭，好在史波克说服克林贡大使，命令克拉进入大屏障营救柯克而非杀掉他。