Geminin eski kaptanın, James T. Kirk artık Amiral olmuştur ve yeni bir görev için çağırılır. Amacı eski ekibi toplamak ve önüne gelen herşeyi yokeden devasa bir uzay gemisini dünyaya ulaşmadan durdurmaktır. Karşılarındaki inanılmaz güçlere sahip yaşam formları Mr. Spock'ın dahi zekasına durgunluk verecek güçtedir. Gerilim sadece uzayda değil, aynı zamanda geminin yeni komutakı Kirk'ü kabullenmekte güçlük çeken eski kaptan Williard Decker'in Atılgan'da bulunmasında da kendini belli eder. Sonunda gemi yenilmez düşman tarafından ele geçirilir ve dümenci Ilia rehin düşer. Geri döndüğünde Kaptan Kirk'e mesajı ulaştırır: Devasa gemi, yaratıcısıyla buluşmak istemektedir yoksa Dünya gezegeni yok edilecektir.

Genetik olarak bir superman gibi geliştirilmiş olan Khan megalomanyak ve tehlikeli bir suçlu olduğundan yıllar önce ıssız Ceti Alpha 5 gezegenine sürülmüştür. Oğlunun ölümü ve kendi bahtsız kaderinden ötürü Kaptan Kirk'ü suçlamakta ve intikam hisleriyle yanıp tutuşmaktadır.Komutan Chekov yanlışlıkla Khan'ın olduğu yere ışınlanınca, bu tehlikeli düşman sonunda aradığı fırsatı bulur. Kurbanlarının beynini kontrol etmeye yarayan parazimsi bir yaratığı kullanan Khan Yıldızgemisi Reliant'ı ele geçirmeyi başarır. Gemiyi ve bir araştırma projesinden yağmaladığı ekipmanı kullanarak Kirk'ü yoketmeyi planlamaktadır. 'Genesis Effect' isimli projenin asıl amacı sıfırdan bir gezegende canlı yaşamını başlatmaktır. Ancak ekipmanın yeni dünyalar yaratmaya vakıf olan kudreti, aynı zamanda varolanları yoketmeye de imkan tanımaktadır.Kirk ve ekibi bir kez daha tüm güçleri ve cesaretleriyle arkadaşlarını kurtarmak ve Khan'ı sonsuza dek susturmak zorundadırlar.

Amiral Kirk ve ekibi amansız düşman Khan'ı sonunda yoketmeyi başarmıştır ama bu uğurda Mr Spock hayatını feda etmiş ve Doktor McCoy çaresiz bir hastalığa yakalanmıştır. Yıldızgemisi Atılgan, Spock'ın cesedini almak üzere son bir kez Genesis gezegenine doğru yola çıkar. Ancak gözüpek mürettebatı bu kez hiç ummadıkları bir mücadele beklemektedir.

Kirk ve ekibi Dünya gezegeninde yargılanmayı beklemektedir. Suçları Yıldızgemisi Atılgan'ı kaçırmaktır (Uzay Yolu 3). Ancak birdenbire yeni bir maceraya sürükleneceklerdir. Uzaydan gelen bir nesne dünyayı yoketmek istemektedir çünkü çok uzun zamandır iletişim kurduğu bir uzaylı memeli türün 23. yüzyılda soyu tükenmiştir. Garip bir şekilde bu canlı türünün dev balinalar olduğu ortaya çıkar. Kirk, Spock ve ekibin geri kalanı 1986 yılının San Fransisco'suna zaman yolculuğu yaparlar. Burada kültür şoku yaşayan kahramanlarımız bir yandan kimliklerini gizlemek bir yandan da yanlarında geleceğe götürmek için dostcanlısı bir balina bulmak zorundadır.

Kirk, Spock ve McCoy acil bir görev için Yıldızgemisi Atılgan'a çağrılırlar ve bir süre sonra kendilerini isyan halinde bir Volkanlının esiri olarak bulurlar. Volkanlının amacı evrenin sonundaki 'Büyük Bariyer'in ardında ne olduğunu keşfetmektir. Yolculuk, giderek hayatın anlamını çözmeye dönük metafizik bir arayışa ve yaratılışın gizemini çözme çabasına dönüşür. Bir süre sonra da Klingonlular, Volkanlılar ve İnsanlar arasında bir karşılaşmaya dönüşecektir. Bu mücadelenin taraflarından biri de, kaçınılmaz olarak 'Tanrı' olarak adlandırabileceğimiz çok güçlü bir varlıktır.

Federasyon ile Klingonlular arasındaki 'Soğuk Savaş', dağılmakta olan imparatorluğun liderinin barış çağrısı ile son bulmaya başlar. Amiral Kirk ve ekibi, Klingon hükümdarına barış görüşmeleri sırasında eşlik etmek üzere acil olarak göreve çağrılır.Kahramanlarımız kendilerini siyasi bir suikastin içine çekilmiş bulurlar ve Kirk ile McCoy cinayeti işlemiş görünmektedirler. Klingonlular tarafından yargılanıp buzlarla kaplı bir sürgün gezegenine gönderilen ikili hemen kaçış planlarına başlar. Bütün bunlar olurken, Spock ve ekibin geri kalanı da gerçek suçluyu aramaktadırlar. Ve hiç kuşkusuz, galaksiler arası barışın geleceği bu çabalara bağlıdır.