Egy hatalamas idegen szonda közeledik a Föld felé, teljesen megbénítja az őt megállítani akaró Saratogát. Ezalatt a Földön a klingon nagykövet megpróbálja meggyőzni a Föderáció nagytanácsát, hogy méltó büntetést szabjon ki Kirk kapitányra, a Genezis alkotójára, aki klingonok elpusztítására készített a fegyver szellemi atyjára.

Kirk és emberei elhagyják Vulkánt a Bounty névre keresztelt klingon hajó fedélzetén. A Föld felé haladva fogják a Föderáció üzenetét: védelmi rendszereiket megsemmisítette egy ismeretlen eredetű szonda, amely megfejthetetlen üzenetetket küld és elpusztítja a légkört és az óceánokat. Spock elemzi az üzenetet és rájön, hogy nincs aki feleljen a hívásra: akiknek szólna, a púposszárnyú bálnáknak, már rég kihaltak. Kirk megkockáztatja, hogy a nap gravitációs mezejének erejét kihasználva visszautazzanak az időben hogy bálnákat szerezzenek, hogy azok válaszolni tudjanak majd a szondának.

A Bounty 1986-ban ér földet San Franciscóban, a legénység három részre szakad. Kirk és az "álcázott" Spock a bálnák keresésére indul. Kirk találkozik Dr Gillian Tayloral a cetfajtáknak fenntartott múzeum munkatársával. Ő mutatja be a látogatóknak George-ot és Gracie-t, a két púposszárnyú bálnát, akiket hamarosan visszaengednek az óceánba. Spock beleugrik a bálnák tartályába, hogy agy-egyre lépjen velük; így tudja meg, hogy Gracie terhes. Gillian kidobja őket az intézetből, de később megszánja és felveszi autójába a két férfit.

Chekov és Uhura a haditengerészet USS Enterprise nevű hajóján fotontcsöveket keres, hogy működőképessé tegye a Bountyt és visszajuthassanak a 23. századba. Scotty, Sulu és McCoy olyan anyag után néz, amely segítségével felépíthetnek egy tartályt a Bounty fedélzetén a bálnáknak - ellátogatnak egy plexiüveg gyárba, ahol 23. századi recept szerint átlátszó alumíniumlemezeket készíttetnek.

Uhura és Chekov végrehajtja küldetését, de az Enterprise legénysége leleplezi őket. Uhura elmenekül, de Chekovot elfogják és kihallgatják. A kihallgatásról sikerül megszöknie, de menekülés közben súlyosan megsérül és kórházba kell szállítani.

Időközben Kirk összebarátkozik Gilliannel, akitől megkapja a bálnákra szerelt adóvevők frekvenciáját, de szabadonbocsátásuk helyét még a nő sem tudja. Az admirális vacsora közben kapja a hírt, hogy Chekov kórházban van. Kirk Gillian és McCoy társaságában tisztje keresésére indul. Orvosnak öltözve jutnak be a kórházba, ahol McCoy átmenetileg rendbehozza Chekovot és kimenti a barbár 20. századi orvosok keze közül. Visszatérnek a Bountyra, Gillian is velük tart a fedélzetre. Felszállás után a Csendes-óceán felé veszik az irányt, George-ot és Gracie-t kimentik a bálnavadászok kezei közül.

A Bounty visszatér a 23. századba, ahol a San Francisco-öbölben landolnak. Kirk kiengedi a bálnákat, George és Gracie felveszi a kapcsolatot a szondával. Gillian pedig megkezdi új életét a jövőben.

Kirk legénysége ellen ejtik a vádakat, de az admirálist lefokozzák - megteszik az új Enterprise NCC-1701-A csillaghajó parancsnokává.