故事发生在的二十三世纪，人类的科技发展已经到达了可以星际旅行的地步。 　　2230年出生于瓦肯星的男孩史波克（扎克瑞·昆图 Zachary Quinto 饰），因为母亲阿曼达·格雷森（薇诺娜·赖德 Winona Ryder 饰）是人类，经常遭到同僚的嘲笑和欺负。父亲萨瑞克（本·克劳斯 Ben Cross 饰）是瓦肯星的一名外交官，史波克从小就不断地在严肃的瓦肯逻辑教育和他的人类情感之间挣扎。长大后的史波克遇到了同样怀着远大志向的柯克（克里斯·派恩 Chris Pine 饰），两人虽矛盾不断但通过种种任务考验逐渐开始互相理解。 　　企业号的老舰长是克里斯托弗·派克（布鲁斯·格林伍德 Bruce Greenwood 饰），舰员则包括医疗官“老骨头”麦考伊（卡尔·厄本 Karl Urban 饰）、总工程师史考特（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）、通讯官乌瑚拉（佐伊·桑塔纳 Zoe Saldana 饰）、舵手苏鲁（约翰·周 John Cho 饰），以及17岁的领航员——天才少年契柯夫（安东·尤金 Anton Yelchin 饰）。而来自未来的老年史波克（伦纳德·尼莫伊 Leonard Nimoy 饰）因穿越时空，告诉了柯克未来罗慕伦帝国的残余势力尼诺（艾瑞克·巴纳 Eric Bana 饰）也已经回到现在，并率领大队人马进行复仇，尼诺摧毁了史波克的家乡瓦肯星，下一个目标便是地球……

企业号队员又一次归队,进行另一次秘密行动."克林贡"帝国将老化,为求使它安稳,逼使向地球的联合会寻求和平会议.为安全起见,企业号队员被派作护航.途中,数名"克林贡"人被暗杀,企业号船长寇克与麦克依成为头号疑凶.各队员得赶快缉拿真凶,免得船长无辜惨死.各国对此事均十分紧张,并作出最高介备状态,战争的警号又再于银河系响起,并有随即爆发危机的可能.

以变态、暴戾手法强暴虐杀无数女性的杀人狂柏德烈贝文，终于消失人间；可惜，他的消失并没有将恐怖杀机一同埋葬……丽楚纽曼（美娜古妮丝饰）是贝文多宗虐杀案中的唯一生还者，事隔多年，丽楚已是标致可爱的大学生，一切似乎归于平静安稳，丽楚亦定下新目标，立心要成为资深教授波比史德文（威廉撒拿饰）的助教，皆因在名师指导下的学生，毕业后都能成功晋身为国际联邦探员。这个表面上理所当然的愿望，却竟然在校园内掀起连场骇人呕心的凶杀案！原来当日逃离了贝文魔掌的丽楚，心底里一直潜伏了嗜虐的心魔；强烈的占有欲终迫使丽楚爆发其暗藏已久的狂暴性情。为求赢得教授青睐兼夺取助教一席，丽楚势要用残酷至极的手段，令所有阻碍她达成好事的人不得好死……

格雷西（桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰）意外成为美国小姐之后，一夜之间成了名人。每次参加活动都会因为“粉丝”的围观、纠缠或者索要签名而暴露身份，影响整个行动，殃及一起执行任务的同事。为此，FBI纽约总部做出决定，让她调离原岗位，出任FBI纽约总部形象代言人，在专业人士的训练下，四处参加电视采访节目，为FBI纽约总部做宣传。直到一块参加“美国小姐”竞选时的好朋友谢丽尔（希瑟·伯恩丝 Heather Burns 饰）和资深电视节目主持人斯坦（威廉·萨特纳 William Shatner饰）遭绑匪劫持，格雷西无法袖手旁观，决心重拾联邦女干探的真我本色，出手相救......

寇克船长奉命最后一次指挥企业号宇宙飞船对抗外星人对地球的大规模攻击，他召集旧部和新队员执行任务，双方展开了一场殊死战斗。第一部的前半部几乎全是讲科克船长召集旧部来执行任务，开场就是久违的企业号穿越太空，科克船长成功的掌握舰队，并伙同战友们拯救银河系于存亡之际.

太空探测器发出的怪声导致地球风暴，并面临自毁的威胁。寇克船长和他们的船员再度担负起拯救人类的使命。他们发现怪声其实是座头鲸的呼唤，唯一的选择就是回到20世纪去带回一只座头鲸来对探测器作出回应。