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”。