Na početku filma prošli su mjeseci od događaja u "Zvjezdanim stazama III”; Admiral Kirk (William Shatner), McCoy (DeForest Kelley), Scott (James Doohan), Sulu (George Takei), Uhura (Nichelle Nichols) i Chekhov (Walter Koenig) zatočeni su u samonametnutom egzilu na Vulkanu, skupa s oživljenim i regeneriranim Spockom (Leonard Nimoy, koji je i redatelj). Dok Spock pokušava shvatiti vulkanske i ljudske polovice svoje oživljene psihe, ostali se pripremaju za povratak na Zemlju da bi se suočili s optužbama Klingonskog Carstva i Zvjezdane flote oko događaja u "Genesisu". U svom silom oduzetom, improviziranom klingonskom brodu, oni kreću na Zemlju ne znajući da bi nova kriza mogla uništiti njihov svijet: golema, beskrajno moćna izvanzemaljska sonda ušla je u galaksiju i pozicionirala se blizu Zemlje onesposobljavajući svaku letjelicu i instalaciju na svome putu svojim izvorom energije i komunikacije te je ionizirala cijelu atmosferu i počela isparavati oceane, ostavljajući planetu samo još nekoliko sati opstanka. Spock utvrđuje da sonda šalje signale drugom inteligentnom zemaljskom obliku života, grbavim kitovima, koji više ne postoje. Koristeći efekt gravitacijskog manevra uz warp (stvoren još u izvornoj seriji) da otputuju natrag u Zemljino 20. stoljeće, Kirk i njegova družina dospijevaju u 1980-e godine u San Francisco da bi pokušali donijeti grbave kitove u 23. stoljeće i odgovorili sondi.