在探索Nibiru星球的过程中，“企业号”船长柯克(克里斯派恩饰)采取了大胆的行动，营救了差点危及船员生命的斯波克(扎克瑞昆图扎克瑞昆图饰),他也为此付出了代价。不久，柯克复职，伦敦发生恐怖袭击，造成40多人死亡。这一事件的始作俑者约翰哈里森(本尼迪克特康伯巴奇饰)来自联盟内部。之后，他驾驶飞机袭击高层会议，柯克最尊敬的帕克将军牺牲。为了阻止哈里森的逃跑阴谋，柯克带领企业号再次追击。在危机重重的旅途中，他对船员和朋友的信任也受到了极大的考验。当他们最终找到哈里森时，他们终于知道了他的真实身份，以及伦敦袭击案背后的阴谋和黑幕。