De nieuwste versie van het ruimteschip Enterprise heeft startproblemen en Captain Kirk besluit zijn kersverse slagschip nog even in het Spacedock te houden, als een urgente missie hem toch weer de ruimte in roept. Op Nimbus III heeft een afvallige Vulcan, met behulp van een klein groepje handlangers, een aantal ambassadeurs gevangen genomen.

In de ruimte worden signalen opgevangen van walvissen die op aarde allang uitgestorven zijn. Door de signalen die ze uitzenden, treden er storingen op in ruimtestations. Eén van de leden van de Enterprise komt op het idee om terug in de tijd te reizen en dan twee walvissen te vangen. Deze walvissen moeten reageren op de signalen anders zal de defensie van de Starfleet machteloos zijn. Captain T. Kirk, dr. Spock en nog een paar andere leden van de Enterprise krijgen een niet zo'n gemakkelijke missie, want het schijnt dat er niet zoveel walvissen meer op aarde zijn.

Na een explosie op hun planeet hebben de Klingons ongeveer 50 jaar de tijd voordat hun ozonlaag volledig is vernietigd en zij zullen uitsterven. Ze hebben slechts één keuze: zich aansluiten bij de Federatie.