故事发生在的二十三世纪,人类的科技发展已经到达了可以星际旅行的地步。
2230年出生于瓦肯星的男孩史波克(扎克瑞·昆图 Zachary Quinto 饰),因为母亲阿曼达·格雷森(薇诺娜·赖德 Winona Ryder 饰)是人类,经常遭到同僚的嘲笑和欺负。父亲萨瑞克(本·克劳斯 Ben Cross 饰)是瓦肯星的一名外交官,史波克从小就不断地在严肃的瓦肯逻辑教育和他的人类情感之间挣扎。长大后的史波克遇到了同样怀着远大志向的柯克(克里斯·派恩 Chris Pine 饰),两人虽矛盾不断但通过种种任务考验逐渐开始互相理解。
企业号的老舰长是克里斯托弗·派克(布鲁斯·格林伍德 Bruce Greenwood 饰),舰员则包括医疗官“老骨头”麦考伊(卡尔·厄本 Karl Urban 饰)、总工程师史考特(西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰)、通讯官乌瑚拉(佐伊·桑塔纳 Zoe Saldana 饰)、舵手苏鲁(约翰·周 John Cho 饰),以及17岁的领航员——天才少年契柯夫(安东·尤金 Anton Yelchin 饰)。
女记者瑞秋(凯特·贝金赛尔 Kate Beckinsale 饰)从线人处获得了一份情报涉及政府一次相当不光彩的行为。在丈夫雷(大卫·休默 David Schwimmer 饰)支持下刊登了这起新闻报道。政府最终以泄露国家 机密的罪行将瑞秋推上被告席,主审该案件的则是自负的检察官帕顿(马特·狄龙 Matt Dillon 饰)。在法庭上,面对帕顿的层层逼问,瑞秋坦然地叙述了整个事件的前前后后,公众心中的天平也开始往瑞秋方面倾斜,但是艾伦坚持要求瑞秋必须说出资料的提供者是谁,瑞秋逐渐地陷入进退两难的境地。艾伦开始向舆论和瑞秋的家人施加压力,而雷也渐渐地抵抗不住国家给予的压力,建议瑞秋屈服于国家。但瑞秋向雷表达了自己的坚持:真相至上。