Synopsis - Vingt ans après la mort de son père, le capitaine George Kirk, tué par Nero, le jeune James T. Kirk (Chris Pine) est devenu un élément prometteur du Starfleet mais c'est aussi une tête brûlée complètement incontrôlable. Après avoir triché à un examen, il est mis à pied : il ne pourra pas embarquer à bord de l'USS Enterprise. Alors que le vaisseau s'apprête à prendre le départ pour aller aider la planète Vulcain, Kirk défie les ordres et, à l'aide de son nouvel ami, le docteur Leonard McCoy (Karl Urban), il monte à bord. Là, il fait la rencontre du capitaine Spock (Zachary Quinto), le second du navire, qui est aussi celui qui est à l'origine de la sanction de Kirk. Les deux hommes vont devoir faire front tous les deux pour déjouer les plans de l'ennemi.