Desta vez, Kirk, Spock e a tripulação da Enterprise encontram-se no terceiro ano da missão de exploração do espaço prevista para durar cinco anos. Eles recebem um pedido de socorro que acaba os ligando ao maléfico vilão Krall, um insurgente Anti-Frota Estelar interessado em um objeto de posse do líder da nave. A Enterprise é atacada, e eles acabam em um planeta desconhecido, onde o grupo acaba sendo dividido em duplas.
