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中士约翰·金利（杰克·吉伦哈尔饰）最后一次在战场上执行任务，在他和当地翻译艾哈迈德一起调查该地区时，他们的部队在巡逻中突然遭受到伏击，幸运的是，两人还活着，不幸的是，只有他们两人成为了幸存者。在伏击中金利受了重伤危在旦夕，这无疑增加了他们的逃跑风险，在敌人穷追猛打的追击下，艾哈迈德冒着生命危险带着受伤的金利穿越数英里岖崎地形，终于到达安全地带。回到国内后，金利得知艾哈迈德和其家人并没有像承诺的那样获准离开战区，他决心报恩并保护艾哈迈德及其家人，他重回战区在当地民兵到达之前救出艾哈迈德一家。。2230年出生于瓦肯星的男孩史波克，因为母亲阿曼达·格雷森是人类，经常遭到同僚的嘲笑和欺负。父亲萨瑞克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，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，舰员则包括医疗官“老骨头”麦考伊、总工程师史考特、通讯官乌瑚拉、舵手苏鲁，以及17岁的领航员——天才少年契柯夫。而来自未来的老年史波克因穿越时空，告诉了柯克未来罗慕伦帝国的残余势力尼诺也已经回到现在，并率领大队人马进行复仇，尼诺摧毁了史波克的家乡瓦肯星，下一个目标便是地球……。