惑星ニビルの探査中、エンタープライズ号のカーク船長（クリス・パイン）はスポック（ザカリー・クイント）を救出するために大胆な行動に出たが、その代償は乗組員全員の命を危うく危険にさらした。すぐにカーク巡査は復職し、ロンドンでテロ攻撃が発生し40人以上が死亡した。事件の首謀者、ジョン・ハリソン（ベネディクト・カンバーバッチ）は同盟内部の人間だ。その後、彼は飛行機を操縦して高官会議を襲撃し、カークが最も尊敬していたパイク将軍は残念ながら戦死した。ハリソンの逃亡陰謀を阻止するため、カークは再びエンタープライズ号を率いて追跡に乗り出した。危機に満ちた旅の間、彼と乗組員、友人との間の信頼も大きく試されました。ようやくハリソンを見つけたとき、彼らはついに彼の正体、そしてロンドン襲撃事件の背後にある陰謀と陰謀を知りました...