Příběh pojednává o první výpravě mladé posádky na palubě hvězdné lodi U.S.S. Enterprise. Jejich cestu doprovází spousta akce, humoru a vesmírného nebezpečenství. Nováčci musejí nalézt způsob, jak zastavit padoucha, jehož honba za pomstou ohrožuje celé lidstvo. Osud Galaxie spočívá v rukou dvojice zapřisáhlých nepřátel. Jedním z nich je James T. Kirk (Chris Pine), nezvedený venkovský kluk z Iowy a milovník života „na hraně“. Druhým je Spock (Zachary Quinto), vychovaný ve společnosti, která staví na logice a odmítá veškeré emoce. Divoký instinkt se střetne s chladným rozumem, ovšem pouze jejich spojení provede posádku bez úhony velkým nebezpečím, které představuje pomstychtivý Nero (Eric Bana). Kirk a jeho bližní se odvážně pustí tam, kam se dosud nikdo nevydal…