Filmin başında, USS Enterprise mürettebatı, bir humpback balinası olan George ve Gracie adında iki deniz canlısının 23. yüzyıldan gelen bir sinyal nedeniyle yok olmuş olduklarını öğrenir. Bu balinalar, o dönemde sinyal göndererek uzaylı bir türle iletişim kurmuşlardır. Fakat o dönemde dünyada humpback balinaları yok olmuştur. Bu durum, gelecekteki bir kargaşaya yol açmıştır.
Bu durumu çözmek için, Kirk ve mürettebatı, bir zaman yolculuğu yaparak 20. yüzyıla, 1986 yılına giderler. Amaçları, o dönemde humpback balinalarını bulup geleceklerine getirmektir. Ancak zaman yolculuğu yapabilmek için bir zaman gemisine ihtiyaçları vardır.
1986'da, mürettebat modern dünyaya ayak basar. Kirk ve Spock, modern dünyanın karmaşık sosyal yapılarıyla başa çıkmak zorunda kalırken, diğerleri ise zamanın teknolojisine uyum sağlamaya çalışır. Scotty, eski teknolojiyle uğraşırken, Chekov ve Uhura, bir zaman gemisi için gerekli malzemeleri temin etmek için görevlendirilirler.
Kirk, Dr. Gillian Taylor adında bir deniz biyologuyla tanışır ve ona gerçek kimliklerini açıklar. Taylor, Kirk ve ekibinin görevini anlar ve onlara yardım etmeye karar verir. Ancak zamanla, Taylor'a duygusal bir bağ gelişir.
Mürettebat, humpback balinalarını deniz yaşamını koruyan bir deniz parkında bulurlar. Ancak balinaların yaşadığı bu ortam, insanlar tarafından tehdit altındadır. Bu yüzden, mürettebat balinaları kurtarmak için harekete geçer.
Sonunda, Kirk ve ekibi, balinaları aldıkları zaman gemisiyle 23. yüzyıla geri döner. Balinaların tekrar yaşadığını gören uzaylı tür, dünyayı yok etmek için verdiği karardan vazgeçer. Kirk ve ekibi, evlerine, USS Enterprise'e geri dönerler, bu kez balinalarla birlikte.
Filmin sonunda, Kirk ve ekibi, görevlerini başarıyla tamamlamanın sevincini yaşarken, Dr. Taylor da onlarla birlikte geleceğe katılır.