Kirk ve ekibi Dünya gezegeninde yargılanmayı beklemektedir. Suçları Yıldızgemisi Atılgan'ı kaçırmaktır (Uzay Yolu 3). Ancak birdenbire yeni bir maceraya sürükleneceklerdir. Uzaydan gelen bir nesne dünyayı yoketmek istemektedir çünkü çok uzun zamandır iletişim kurduğu bir uzaylı memeli türün 23. yüzyılda soyu tükenmiştir. Garip bir şekilde bu canlı türünün dev balinalar olduğu ortaya çıkar. Kirk, Spock ve ekibin geri kalanı 1986 yılının San Fransisco'suna zaman yolculuğu yaparlar. Burada kültür şoku yaşayan kahramanlarımız bir yandan kimliklerini gizlemek bir yandan da yanlarında geleceğe götürmek için dostcanlısı bir balina bulmak zorundadır.