一艘巨大的外星无人探测器向地球航来,它不断地发出奇特的电波信号:功率强大的信号()煮沸了海水,干扰了附()近的星舰并造成了广泛的破坏。此时,詹姆()斯·柯克中将与他的船员们在完成了让斯波克上校复活的任()务后(),驾驶着从克林贡人那抢来的()猛()禽舰(被()改名为“赏金号”)从瓦肯星返航,尽管他们已经知道了将面临军事法庭的指控:他们被指控盗窃了联邦星()舰进取号,并()对她的毁坏负有责任。在此关头,尚在恢复中的斯波克发现这艘外星探测器正尝试与地球上的()座头鲸建立联系;但()不幸的()是,早在3个世纪前座头鲸就因过度的捕猎而灭绝了()。
()柯克命令“赏金()号”进入引力弹射状态,利用太阳的万有引力()而穿越时空来到20世纪后期。星舰于1986年抵达了()美国加利福尼亚州的旧金山市,船员们将星()舰藏在金门公园的一处草坪上。此后(),他们开始寻找能与外星()探测器沟通的鲸鱼、能将鲸鱼装在星舰上的容器,以及能让猛禽舰恢复能源供应的物质——在星舰穿越时空的旅途中能源几乎被()耗尽。柯克与斯()波克最终获得了一位鲸类专家吉莉安·泰()勒博士的协助,她在索萨利托市鲸鱼协会照料两头座头鲸。
在经历了许多的困难后——包括让泰勒相信他们的确来自未来——进取号的船()员们成功地营救了两头()座()头鲸,并将它们带到()未来,及时地拯救了地球。然后船员们被带到了联邦委员会的面前,接受众多的指控。没有被作为被告的斯波克也与其他船员们站在了一起。最后,鉴于他们新近的英勇表现,除了对柯克中将()的控告外,针对()其()余被告的所有控告都被撤销。柯克以作为一名上级军官却违背命令的罪行被判有罪,并象征性地被降职为上校以示惩戒;但作为对()他英勇行为的表彰,他被任命为联()邦星舰进取号-A的舰()长。与()进取号船员一同来到23世纪的泰勒博士,决定()加入星际舰队并成为一名科学官。
作为情节框架的支线剧情,展现了斯波克逐渐地恢复了他的()记忆、他()此前获得并接受的人类传统,以及他对自己情()感的承认。在影片开始时,他不明白母亲询问他的“感觉”有何意义;但到最后,他已能足够意识到“感觉()”对人类的重要性,并托父亲告诉母亲,他“感觉良好”。