航海家号在航行中发现不明来源的铁锈，经过调查，他们意外发现了一辆漂浮在德尔塔象限的福特1937皮卡，珍妮薇认为一定是有什么人将其带到德尔塔象限，这也许能为他们找到一条回家的捷径。而汤姆·派里斯在调试车载老式收音机时，接收到一段古老的SOS信号，航海家号追踪源头到了一颗星球上，却发现从地球来的不只是一辆老爷车、一段神秘的讯号，还有群来自1937年地球、被封冻数百年的人类——其中包括失踪的著名女飞行员阿米莉亚·伊尔哈特。这里已经有了一个新的人类文明，航海家号不得不决定是走还是留……

查克泰独自一人驾驶穿梭机离舰纪念他父亲的忌日，不料误入卡松-尼斯楚人的领空，按照习俗，一名卡松少年驾驶飞船前去刺杀查克泰作为成人礼的仪式，查克泰费尽周折击毁飞船，并抓住卡松少年，在和他的相处过程当中，两人有了一定了解。查克泰还是被卡松人抓住，卡松首领命令他杀掉卡松少年——因为他未能完成自己的成人仪式，查克泰临机应变，挟持首领，带着少年驾驶穿梭机向一颗月球逃难，少年和查克泰成了朋友，少年在关键时刻保护了查克泰……

航海家号遭受卡松人袭击，医生被自动激活，借助新安装的全息投影设备，医生得以在航海家号内部自由活动，并四处奔走，尽一个紧急全息医疗程序的职责帮助船员，但在与卡松人战斗中，医生意外发现自己负伤流血，而且能感觉到疼痛，这还不算，电脑的身份核对结果显示他自己是一个活生生的人——刘易斯·齐默曼博士，紧急全息医疗程序的发明者，而航海家号上的其他船员都是些全息投影，就在医生感到混乱且手足无措时，一个自称雷金纳德·巴克利（注：《星际迷航：下一代》中的客串角色，曾在航海家号上担任计算机系统工程师，相当神经质且胆小怕事，但又希望自己担当大任，《星际迷航：航海家号》剧情发生时他已经调任至木星站，给刘易斯·齐默曼当副手，共同开发紧急全息医疗程序）的人出现，声称医生就是刘易斯·齐默曼，而航海家号上的一切只是全息投影。

一种生活在太空的生命形式让凯丝进入了奥康帕人的性成熟期，这为她与尼利克斯的关系平添不少压力。

哈里·金一觉之后，意外发现自己不知什么原因身处旧金山的家中，惊慌之下，哈里试图找出自己为何会身处地球，他从服役记录中发现几个月前自己没能登上航海家号，而是调至星际舰队总部从事星舰设计工作，现在的自己已经和女朋友结了婚，生活幸福美满。哈里不敢相信眼前的一切，在过着美好生活的同时也感到惶恐不安，认为对不起航海家号上的同伴。他找到了该为时空错乱负责的外星人，对方告诉他，要想修复时间线就必须冒着时空紊乱的风险，重现异常开始的那一刻，哈里在马赛找到汤姆·派里斯——后者因为在深空九号斗殴，也没登上航海家号——想要让他帮忙，但此刻的派里斯完全是个扶不起的阿斗，不肯帮忙，更糟糕的是，因为非法入侵航海家号数据库，哈里被星际舰队当成间谍四处追捕。汤姆·派里斯和哈里金登上了原型舰黄石号，逃了出去。就在星舰即将爆炸时，启动了紧急传送……一瞬间哈里回到了航海家号上。

一片异常的空间扭曲了航海家号的内部。无论什么都对它无效。在它离去时，它下载了航海家号的所有数据……

尼利克斯与汤姆·派里斯为了凯丝而争风吃醋，但却被派在一起执行一次外勤任务。

一个外星人让航海家号上的船员产生了幻觉，只有凯丝和医生能对其免疫。

查可泰遇见了一群头上和他有着相同刺青的外星人。这解开了地球上印第安人的来历——原来这些外星人曾经去过地球……

一名奥康帕人帮助凯丝开发自己的精神能力，与此同时，船员们也找到了守护者的雌性同伴。但是那名奥康帕人和守护者的雌性同伴有一个巨大的阴谋……航海家号最终幸而脱险。

卡松-尼斯楚派偷走了航海家号上的一个传送器模块，企图兼并其他的卡松宗派。

在地面上获取一种化学物质时发生冲突后，杜沃克与贝拉娜被当成当地的反抗组织成员而被逮捕。

船员们发现了一具漂浮在太空中的机器人，他们修复了它。却发现被卷入了一场机器人的战争当中。贝拉娜毁坏了亲手修复的机器人……

珍妮薇尝试与卡松人组成一个联盟，来改善航海家号在第四象限的处境。

汤姆·派里斯驾驶科克伦号穿梭机打破了曲速十级的极限，但却对他本人产生了奇特的副作用。他进化得及其快……

为了让航海家号船员苏德尔的不良情绪得到压制，杜沃克与他进行了心灵融合。但是这对杜沃克产生了副作用……

贝拉娜·朵芮丝曾经改编过卡达西一艘人工智能无人飞船的程序，而这艘性能强大的无人飞船却在第四象限中被发现。无人飞船载有的弹头即将毁灭一个无辜的星球，贝拉娜进入飞船，想要解除它。但是电脑骗过了她。情急之下贝拉娜用相位枪直接轰击飞船的弹头……

船员们遇到了一个企图终结自己不朽生命的Q连续体成员。

医生帮助了一名被噬菌感染的维汀女性，医生后来维汀女性相爱了。

船员们试图找出船上将情报出卖给卡松-尼斯楚派的叛徒。尼利斯发现了这个叛徒……

在穿越一处空间裂缝时，航海家号产生了一个复制品。正当两艘航海家号努力合体时，维汀人侵入了一艘航海家号。其中一个珍妮薇下令摧毁自己的船……

杜沃克探索一颗月球上的矿产时，遭遇极端天气坠机，他意外地在那里发现了一群同样遭遇船难的孩子，杜沃克试图稳住孩子们的情绪，但他们依然感到十分恐惧，因为根据他们的传说，这颗月亮上有一个怪物，会在半夜里抓走一些孩子，杜沃克扫描周围环境，并没有发现任何生命信号，于是没放在心上，把孩子们哄去睡觉，但是，第二天早上醒来，竟然发现有两个孩子悄无声息地失踪了。原来，这个种族从衰老出生，越长越小……

航海家号驶近一颗遭遇生态危机而进入冰河期的星球，船员们发现当地住民通过低温冬眠使自己躲避危机，但不知什么原因，预设的复苏时间早已超过，而里面的人却没有被唤醒。当恒温仓被传送上飞船后，船员们更是惊讶地发现，这些人在冬眠状态下大脑似乎受助梦系统影响，处于极度恐惧的状态，有的人甚至因为惊吓而死，为了找出原因，哈里和贝拉娜进入机器冬眠，却发现计算机里产生了一个代表着恐惧的小丑在不断地折磨着人们。

一次传送器故障将杜沃克与尼利克斯合成为一个新的个体。这个个体与船员相处得很好。但珍妮薇下令把他们分开……

珍妮薇与查可泰在感染了一种病毒后，留在一颗行星上隔离。如果他们离开了那里的环境，病情就有可能恶化。为了不影响航海家号的返乡旅程，珍妮薇下令让杜沃克接过指挥棒，继续走完剩下的旅程，听到这个消息的船员们均十分反对，尤其是哈里，他强烈要求杜沃克留下来，但杜沃克却认为为了船员们的利益，继续旅行是合乎逻辑的，眼看航海家号走得越来越远，哈里甚至开始打算在船上发动叛乱，与此同时，珍妮薇和查克泰遭遇恶劣天气，正为了生存而拼尽全力。正在这时，航海家号联系上了一艘维汀船，上面载有那名维汀女医生和治疗这种疾病但药物。航海家号与维汀船汇合，却发现陷入了圈套中……但那名女医生没有放弃，秘密地将药物传送给了航海家号……

西斯卡与卡松人夺取了航海家号的控制权，并将她的船员放逐在一颗原始的行星上。船员们想尽一切办法生存……