凯瑟琳·珍妮薇上校接到星际舰队指挥部的命令，指挥最新型星舰航海家号，前往天棘区寻找一艘数日前失踪的马奇游击队飞船，珍妮薇的安全官杜沃克在这艘飞船上卧底。临行前珍妮薇还从监狱里保释一名囚犯——派里斯上将之子汤姆·派里斯，当航海家号抵达天棘区后，意外地被一股强大的力量拖拽到七万光年以外的德尔塔象限。

失去了舵手、医疗官和大副的航海家号在德尔塔象限找到了失踪的马奇飞船，并得知将他们拖到此处的是一个叫做守护者的生物，守护者不久之后死亡，为防止当地残暴不堪的凯松人利用守护者的设施对银河系造成威胁，珍妮薇舰长与马奇游击队联手，毅然决然地炸毁了他们回家的唯一希望——守护者的太空站。为了重返地球，马奇游击队与星际舰队通力合作，由查克泰担任大副，汤姆·派里斯担任舵手，贝拉娜·朵芮斯担任轮机长，紧急全息医疗程序担任医疗官，并在流浪者尼利克斯和其女友凯丝的帮助下，航海家号踏上了返回地球的漫长旅程。

被困于德尔塔象限的航海家号船员面临重新调配，查克泰推荐自己的船员贝拉娜·朵芮斯担任轮机长，但她因为天生的暴脾气和其他人相处不融洽（时不时打断别人鼻子），令珍妮薇不得不暂缓工作调配。航海家号途经一处黑洞时，接受到不明飞船的求救信号，珍妮薇下令前往黑洞附近展开救援，但船员们不仅没有发现所谓的遇难飞船，反倒是航海家号自己被困在了黑洞的视界之中。为了脱困，珍妮薇和贝拉娜一同驾驶穿梭机为航海家号引导方向，这给了珍妮薇检验贝拉娜实力的一个机会。

凯瑟琳·珍妮薇舰长与汤姆·派里斯一同前往一颗不久前被神秘毁灭的星球上进行调查，不料被一个异常的时间乱流带到了过去，经过调查发现，原来一群示威者将企图引爆一家能源站以示抗议，不料意外触发连锁反应造成整个星球文明的灭亡，珍妮薇舰长必须和时间赛跑，抢救未来。

尼利克斯在一颗星球上进行侦查时遇到意外袭击，一个长期受一种微生物腐蚀的种族——维汀人为了替换自己衰竭的器官而偷走了他的肺，在医生的全力救治下，尼利克斯依靠一个全息肺活了下来，但为了让他能恢复，珍妮薇舰长下命令全力抓捕那群器官盗贼。

航海家号进入了一片星云以收集 θ 粒子作为燃料，后来却发现这片星云是一个活的有机体，而他们的收集过程损害了这个生命体的身体结构，凯瑟琳接受医生的建议，冒险用航海家号船身作针给其作缝合术。

船员们意外发现了一处通往阿尔法象限的微型虫洞，并成功同另一端的一艘太空船取得联系，但他们很快意识到同他们联系上的是星际联邦的大敌——罗慕伦人。但是后来罗慕伦人同意传送到航海家号上，与此同时，人们发现那个罗慕伦人来自20年以前。珍妮薇把所有船员的信交给了他，叮嘱她20年以后把它们交给航海家号船员的家人。

汤姆·派里斯在外星球拜访一位知名人士时，陷入了一场谋杀指控中，而所有的证据都指向了派里斯，派里斯的刑罚则是，在他的大脑中每隔几个小时重放一遍受害者的死前记忆，杜沃克必须在派里斯被刑罚弄到神志不清之前证明他的清白。当杜沃克束手无策时，他意外发现他还遗漏了一位重要的证人。

航海家号在一颗小行星内部发现了一种新的元素，当他们传送到其内部查看时才发现这里原来是一座墓地，那种新元素是尸体腐化的产物，为了不打扰逝者，查克泰等人打算离开，但是临走之前，一种异常的空间泡现象吸走了哈里·金，他被传送到了一颗深信转世说星球上的棺材里，而棺材里原有的“尸体”则被传送到航海家号上，原来那个空间异常便是所谓的转世，而哈里被当地人当成了“从另一个世界回来的人”为了尽快返回航海家号，哈里和船员们两头分工，试图揭开转世之谜。

一个种族拥有能让航海家号更快速回家的传送科技，但他们却不愿分享。在轮机员瑟斯卡的怂恿下，贝拉娜·朵芮斯违反最高指导原则，偷出那台传送器，却失望地发现它与航海家号设备不兼容。

航海家号接收到来自卡松飞船的求救信号，船员登舰后惊讶地发现所有卡松船员的身体都和船上甲板融合到了一起，仅有一人生还。朵芮斯还在卡松飞船上发现了来自星际联邦的合金成分，杜沃克怀疑有人暗中将航海家号上的设备交给了卡松人，珍妮薇下令让轮机组想办法回收那艘卡松飞船上的数据面板。瑟斯卡少尉违背朵瑞斯的命令，用极其冒险的方式回收卡松飞船的控制面板，结果遭到失败。医生和凯丝在治疗时发现瑟斯卡其实是卡达西人。朵芮斯成功回收卡松飞船上的控制面板，分析表明，爆炸源头来自卡松飞船上一台试图进行改装的食物复制机，而且其中的零件来自航海家号上。再也无可置疑了，航海家号上出现了叛徒。查克泰、朵芮斯、杜沃克几个人一块设局，试图让叛徒现出原形……

一个“外星人”控制了船员们的身体，而查可泰在他的穿梭机被攻击后进入脑死亡状态。

贝拉娜·朵芮斯被维汀人分成了人类和克林贡纯血统的两个人，用来研制一款新疫苗。她们决定齐心合力逃出去。但是克林贡纯血统的贝拉娜战死了。

与泰莱克斯人爆发种族战争的哈康尼亚人的一员找到了航海家号，这让尼利克斯感到不安，因为他的家人都是被哈康尼亚人杀害的。

杜沃克训练了一群未有完全融入航海家号集体的马奇游击队成员。