Au XXIIIe siècle, un garçon de l'Iowa, James T. Kirk, est repéré par le capitaine Pike, qui l'inscrit à l'académie Starfleet. Disqualifié sous des accusations de tricherie, Kirk, aidé de son ami McCoy, se joint illégalement à l'équipage de cadets du nouveau vaisseau interstellaire Enterprise. Le jeune rebelle entre aussitôt en conflit avec Spock, un métisse humain-vulcain. Kirk découvre bientôt que Nero, Romulien mégalomane qui a jadis causé la mort de ses parents, menace de détruire Vulcain, la planète natale de Spock. L'Enterprise doit impérativement intercepter cet intrus venu du futur avant qu'il ne s'en prenne à la Terre.