在尼比魯星球探查期間，企業(yè)號艦長柯克(克里斯·派恩Chris Pine 飾)為營救史波克(扎克瑞·昆圖 Zachary Quinto 飾)采取了膽大妄為的舉動，幾乎危及全艦隊員的生命，他也為此付出代價。不久，柯克官復(fù)原職，而倫敦發(fā)生一起死亡超過四十人的恐怖襲擊事件。該事件的始作俑者約翰·哈里森(本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 飾)正來自聯(lián)盟內(nèi)部。此后他駕駛飛機(jī)襲擊了高層會議，柯克最為敬重的派克將軍不幸遇難。為了阻止哈里森的外逃陰謀，柯克重新率領(lǐng)企業(yè)號啟程追擊。危機(jī)重重的旅途，他和艦員、朋友之間的信任也受到巨大考驗。