一艘(sou)巨大的(de)外星无人探测器向地球航来(lai)，它不断地发出奇特(te)的电波信(xin)号：功率强(qiang)大的信号煮(zhu)沸(fei)了海水，干(gan)扰(rao)了附近的星舰并造(zao)成了(le)广泛的破(po)坏。此时，詹姆(mu)斯·柯克中将与他(ta)的船员们在(zai)完成了让斯(si)波克(ke)上校复活的任(ren)务后，驾驶着从克林贡(gong)人那抢(qiang)来的猛禽舰（被改名(ming)为“赏金(jin)号”）从瓦肯星返航，尽管(guan)他们已经(jing)知道了(le)将面临军事(shi)法庭的(de)指控：他们被指控盗窃了联邦星舰(jian)进(jin)取号，并对她的毁(hui)坏负有责(ze)任。在此关头，尚在恢复中的斯波(bo)克(ke)发现这(zhe)艘(sou)外星(xing)探测器(qi)正尝试与地球上的座头(tou)鲸(jing)建立联系；但(dan)不(bu)幸(xing)的(de)是(shi)，早在(zai)3个世(shi)纪前座头鲸(jing)就因过(guo)度的捕猎而灭绝了(le)。
　　柯克命令(ling)“赏金号”进(jin)入引力弹射状态，利用太阳的万有引(yin)力而穿越(yue)时空来到(dao)20世纪后期。星(xing)舰于1986年抵(di)达了美国加(jia)利福尼亚(ya)州的(de)旧金山(shan)市，船(chuan)员们将星舰藏在(zai)金门(men)公(gong)园的一处草坪上。此后(hou)，他(ta)们(men)开始寻找能与(yu)外星探测器沟通的鲸鱼(yu)、能将鲸鱼装在(zai)星舰上的容器，以及能让猛(meng)禽(qin)舰恢复能源供应的物质——在星舰穿(chuan)越时空的旅途中(zhong)能(neng)源几乎被耗尽(jin)。柯克与(yu)斯波克最(zui)终获得了一位(wei)鲸(jing)类专家吉莉安·泰勒博士的协助(zhu)，她(ta)在索萨利托(tuo)市鲸鱼协会照料两头座(zuo)头(tou)鲸。
　　在经历了许(xu)多(duo)的困难后(hou)——包括让泰勒相信他们的确来(lai)自未来——进取号的船(chuan)员(yuan)们成功地营救了两头座头鲸(jing)，并将它们带到未来，及时地拯救了(le)地球。然后船员们被带到了(le)联邦委员会的面前，接受(shou)众(zhong)多的指控。没有被作为被(bei)告的斯波(bo)克(ke)也与其他船(chuan)员们(men)站(zhan)在了一(yi)起。最后，鉴于他们新(xin)近的英勇表现，除(chu)了(le)对柯克(ke)中将的控告外，针对其余(yu)被告的所(suo)有控告都被(bei)撤销。柯(ke)克以作为一名上级军官却违背命令的罪行被(bei)判(pan)有罪，并象征(zheng)性(xing)地被降职为上校以示惩(cheng)戒；但(dan)作为对(dui)他英勇行为的表彰(zhang)，他被(bei)任命为联邦(bang)星舰进取号(hao)-A的舰长。与进取号(hao)船员一同来到23世纪(ji)的泰勒博(bo)士(shi)，决(jue)定(ding)加入(ru)星际舰队并成为一(yi)名科学官。
　　作为情(qing)节框(kuang)架的支线(xian)剧情(qing)，展现了斯波克(ke)逐(zhu)渐地恢(hui)复了他的记忆(yi)、他此前获得并接受(shou)的人类传统(tong)，以及(ji)他对自(zi)己情(qing)感的承认。在影片开始(shi)时，他不(bu)明(ming)白母(mu)亲询问他的“感觉”有何意义；但到(dao)最后，他已(yi)能足够(gou)意识到“感觉”对人(ren)类的重要性，并托父亲告诉母亲，他“感觉良好”。