Nachdem sich die Erde im 23. Jahrhundert von den verheerenden Folgen des Dritten Weltkriegs erholt hat, hat sich die Menschheit neue Ziele gesetzt. Mit Hilfe der Sternenflotte wurden Bündnisse mit außerirdischen Rassen geschmiedet, woraus die Vereinigte Förderation der Planeten hervorging. Captain James T. Kirk (William Shatner), Kommandant der legendären "U.S.S. Enterprise", startet mit seiner Mannschaft auf eine fünfjährige Weltraummission, um neuen Welten zu entdecken, Kontakte zu fremden Lebensformen zu knüpfen und in bisher noch unerforschte Gebiete vorzudringen. Dabei kann er sich voll und ganz auf seine Crewmitglieder wie den stets logisch denkenden Ersten Offizier Spock (Leonard Nimoy) vom Planeten Vulkan, Chefingenieur und Beam-Experte Montgomery "Scotty" Scott (James Doohan), Kommunikationsoffizier Nyota Uhura (Nichelle Nichols), Steuermann Hikaru Sulu (George Takei) oder Bordarzt Dr. Leonard "Pille" McCoy (DeForest Kelley) verlassen. Auf ihrer abenteuerlichen Reise durch die Weiten des Alls bekommt es die Besatzung der "Enterprise" unter anderem mit Klingonen, Romulanern, Zeitparadoxen und genetisch hochgezüchteten Supersoldaten unter der Führung von Erzbösewicht Khan Noonien Singh zu tun.
