James Tiberius Kirk è nato tra le stelle ed è cresciuto nell'Iowa, ribelle e ostinato vuole conoscere il nome della bella Uhura, onorare la memoria del padre, servire una causa, esplorare nuovi mondi e arrivare là dove nessun uomo è giunto prima. Spock è nato sul pianeta Vulcano da madre umana e padre vulcaniano, razionale e controllato pratica la disciplina del Kolinahr per purificarsi dalle emozioni, ama con virtuoso trasporto Uhura, domina la sua metà umana e si arruola nella Flotta stellare. È sull'Enterprise, prestigiosa nave spaziale governata dal Capitano Christopher Pike, che i due giovani si incontrano e si scontrano per affrontare un temibile nemico venuto dal futuro. Nero, diabolico Capitano Romulano, ha infatti deciso di distruggere tutti i pianeti della Federazione per mettere a tacere il dolore di una perdita incommensurabile. Tra passato, presente e futuro, Kirk e Spock si arrenderanno a una grande amicizia e curveranno lo spaziotempo, salpando verso l'ultima frontiera.

Quando l'Enterprise fa ritorno sulla Terra in seguito ad un controverso incidente galattico, l'indomito Capitano Kirk è impaziente di tornare fra le stelle per una nuova e più lunga missione di pace ed esplorazione. Le cose però non vanno affatto bene sul Pianeta Blu. Un devastante attacco terrorista ha rivelato una realtà allarmante e la Flotta Stellare ha subìto un attacco dall'interno dalle disastrose conseguenze globali. Il Capitano Kirk guiderà l'Enterprise in una missione incredibile che spazia dal pianeta Klingon alla Baia di San Francisco. Il nemico che si annida a bordo dell'Enterprise ha un unico scopo: la distruzione totale. Kirk guiderà i suoi compagni in un ingannevole regno di specchi dove non si erano mai inoltrati prima d'ora, penetrando il sottile confine fra amici e nemici, vendetta e giustizia, alle prese con una guerra totale e la potenzialità di un futuro unito.

L'equipaggio della Enterprise esplora gli angoli più remoti dello spazio sconosciuto, dove lo attende un nuovo nemico misterioso, che metterà a rischio loro e tutto ciò che la Federazione rappresenta. La perdita dell'Enterprise costringerà tutti quanti a tentare di sopravvivere ai pericoli del pianeta alieno Altamid.

Pitched as the final film in the Kelvin Star Trek timeline.