В 2285 году адмирал Джеймс Т. Кирк наблюдает за сеансом симуляции стажёров капитана Спока. В симуляции лейтенант Саавик командует космическим кораблём USS Enterprise в спасательной миссии, чтобы спасти экипаж повреждённого корабля Кобаяси Мару, но подвергается нападению крейсеров клингонов и получает критические повреждения. Симуляция — безвыигрышный сценарий, разработанный для проверки характера офицеров Звёздного Флота. Позже доктор Маккой присоединяется к Кирку в день его рождения; Видя Кирка в подавленном настроении, доктор советует Кирку получить новую команду.
Тем временем космический корабль Релиант находится в миссии по поиску безжизненной планеты, чтобы испытать Устройство Бытия, технологию, предназначенную для реорганизации мёртвой материи в обитаемые миры. Честные офицеры командир Павел Чехов и капитан Кларк Тэррил отправляются вниз, чтобы оценить планету, которую они считают Альфой Кита VI; Оказавшись там, они захвачены генно-инженерным тираном Ханом Нуньеном Сингхом. Пятнадцать лет назад (см. «Космическое семя»); Кирк сослал Хана и его поддерживающих суперменов в Альфу Кита V после того, как они попытались захватить его корабль. После того, как они покинули их, Альфа Кита VI взорвалась, опустошив поверхность Альфы Кита V, после чего погибли несколько его людей, включая его жену. По этим причинам Хан планирует месть. Он имплантирует Чекову и Тэррилу местные личинки угря, которые делают их восприимчивыми к контролю над разумом, и использует их для поимки Релианта. Узнав об устройстве Генезис, Хан нападает на космическую станцию Ригула-1, где устройство разрабатывается бывшей любовью Кирка, доктором Кэрол Маркус и их сыном Дэвидом.
Кирк принимает командование Энтерпрайзом после того, как корабль, развёрнутый в учебном круизе, получает сигнал бедствия от «Ригулы-1». По пути Энтерпрайз попадает в засаду и наносит ущерб Релианту. Хан предлагает пощадить команду Кирка, если они откажутся от всех материалов, связанных с Генезисом; Вместо этого Кирк останавливается на время и дистанционно опускает щиты Релианта, позволяя контратаковать. Хан вынужден отступить и произвести ремонт, в то время как Энтерпрайз подходит к Ригуле-1. Кирк, Маккой и Саавик направляются на станцию и находят Террелла и Чехова живыми вместе с убитыми членами команды Маркуса. Вскоре они обнаруживают, что Кэрол и Дэвид прячут Генезис глубоко внутри планетоида. Хан, использовав Террелла и Чехова в качестве шпионов, приказывает им убить Кирка; Террелл сопротивляется влиянию угря и убивает себя, а Чехов падает, когда угорь покидает своё тело. Хан транспортирует Генезис на борт Релианта, намереваясь побороть Кирка на безжизненном планетоиде, но его обманули закодированные договорённости Кирка и Спока о месте назначения. Кирк направляет Энтерпрайз в близлежащую туманность Мутара; условия внутри туманности делают экраны бесполезными и ставят под угрозу системы нацеливания, обеспечивая равномерное соответствие Энтерпрайз и Релианта. Спок отмечает, что тактика Хана указывает на неопытность в трёхмерном бою, который Кирк использует, чтобы отключить Релиант.
Смертельно раненный Хан активирует Генезис, который реорганизует всю материю в туманности, включая Энтерпрайз. Хотя команда Кирка обнаруживает активацию и пытается выйти за пределы радиуса действия, они не смогут вовремя покинуть туманность без неработоспособного движения корабля. Спок восстанавливает мощность в машинном отделении, которое залито радиацией. Когда Маккой пытается воспрепятствовать проникновению Спока, Спок выводит его из строя вулканским нервным захватом и выполняет слияние разумов, говоря ему «помнить». Спок ремонтирует варп-двигатель, и Энтерпрайз избегает взрыва, который формирует новую планету.
Перед смертью от радиационного отравления Спок призывает Кирку не скорбить, так как его решение пожертвовать собой ради спасения экипажа корабля было единственным логичным. Проводится космическое захоронение, и гроб Спока выводится на орбиту вокруг новой планеты. Экипаж уходит, чтобы забрать покинутую команду Релианта с Альфы Кита V; после показано, что гроб Спока мягко приземлился на поверхности планеты Генезис.
