После событий, приведших к спасению Спока и захвату клингонского корабля, экипаж «Энтерпрайза» возвращается на Землю, чтобы предстать перед трибуналом за многочисленные проступки. Однако их ожидает куда более глобальная угроза: к планете приближается огромный инопланетный аппарат, который блокирует солнечную энергию и вызывает катастрофические погодные аномалии.
Фильм продолжает напряжённую сагу о «Энтерпрайзе» после событий «Звёздного пути 2: Гнев Хана». Для капитана Джеймса Керка победа над Ханом и чудо создания планеты Генезис омрачена невосполнимой потерей — командир Спок погиб, жертвуя собой ради спасения корабля. Ещё одна страшная потеря угрожает: врач Мак-Кой, заражённый эффектом Генезис, теряет рассудок и становится живым сосудом для кадров Спока.
Фильм открывается периодом упадка в жизни легендарного адмирала Джеймса Кирка. Его возвращение к активной службе на звездолёте «Энтерпрайз» выглядит скорее как попытка убежать от внутренней пустоты и осознания собственного старения, чем как логичное карьерное решение. Однако спокойная, хоть и скучная, рутина разрушается в одно мгновение, когда на корабль поступает срочное сообщение от научной...