Kirk ve ekibi Dünya gezegeninde yargılanmayı beklemektedir. Suçları Yıldızgemisi Atılganı kaçırmaktır (Uzay Yolu 3). Ancak birdenbire yeni bir maceraya sürükleneceklerdir.Uzaydan gelen bir nesne dünyayı yoketmek istemektedir çünkü çok uzun zamandır iletişim kurduğu bir uzaylı memeli türün 23. yüzyılda soyu tükenmiştir. Garip bir şekilde bu canlı türünün dev balinalar olduğu ortaya çıkar.Kirk, Spock ve ekibin geri kalanı 1986 yılının San Fransiscosuna zaman yolculuğu yaparlar. Burada kültür şoku yaşayan kahramanlarımız bir yandan kimliklerini gizlemek bir yandan da yanlarında geleceğe götürmek için dostcanlısı bir balina bulmak zorundadır.

Geminin eski kaptanın, James T. Kirk artık Amiral olmuştur ve yeni bir görev için çağırılır. Amacı eski ekibi toplamak ve önüne gelen herşeyi yokeden devasa bir uzay gemisini dünyaya ulaşmadan durdurmaktır. Karşılarındaki inanılmaz güçlere sahip yaşam formları Mr. Spockın dahi zekasına durgunluk verecek güçtedir. Gerilim sadece uzayda değil, aynı zamanda geminin yeni komutakı Kirkü kabullenmekte güçlük çeken eski kaptan Williard Deckerin Atılganda bulunmasında da kendini belli eder. Sonunda gemi yenilmez düşman tarafından ele geçirilir ve dümenci Ilia rehin düşer. Geri döndüğünde Kaptan Kirke mesajı ulaştırır: Devasa gemi, yaratıcısıyla buluşmak istemektedir yoksa Dünya gezegeni yok edilecektir.