После уничтожения Ромула секретная ромуланская база «Волт» снабдила «Нараду» самыми современными технологиями ромулан, в том числе с применением технологий боргов, в чем поспособствовал командир станции, пожелавший помочь Нерону отомстить за уничтожение Родины и семьи. Именно это событие стало причиной необычного внешнего вида шахтёрского судна Нерона в фильме. Нерон начал войну с Федерацией.

Незадолго до вышеописанных событий Ла Форже построил корабль «Медуза», увлёкшись судостроительством. Нужное количество красной материи из руды Нерона было получено. «Медуза» отправилась на свою миссию коллапса сверхновой, но сингулярность, которую создала «Медуза», поглотила «Нараду» и «Медузу» и отправила их в прошлое, в разное время, а впоследствии «Медуза» была захвачена кораблем Нерона, который ожидал «Медузу» в течение 25 лет. В результате у Нерона с помощью красной материи появилась возможность уничтожить Вулкан и Землю в прошлом.

Действие 1

Корабль Федерации «USS Кельвин» прибывает на самую границу клингонского космосектора. Внезапно возникает странная космическая буря, превращающаяся в сингулярность, из которой появляется огромный видоизменённый «Нарада» и атакует «Кельвин» торпедами с разделяющимися боеголовками. «Кельвин» пытается уйти в манёвр и контратаковать, но безуспешно, так как «Нарада» несоизмеримо более технологична. На связь с «Кельвином» выходит Нерон и предлагает капитану проследовать на их судно для переговоров под предлогом «прекращения огня». На самом деле его задача — получить всю нужную информацию, чтобы найти Спока, уничтожить Вулкан и Землю.

Узнав у капитана «USS Кельвин», в каком году он оказался, Нерон убивает капитана и вновь атакует «Кельвин», чтобы окончательно его уничтожить. Джордж Кирк, взявший на себя обязанности капитана, приказывает эвакуироваться экипажу с корабля. В одном из шаттлов находится его жена, которая вот-вот должна родить. Она связывается с мужем и узнает, что он остаётся, чтобы прикрыть уходящие шаттлы от ракет (так как из-за сбоя автоматическое управление кораблем невозможно). Супруги говорят о том, что они любят друг друга, и решают назвать родившегося сына по имени отца жены. Джордж направляет «Кельвин» на «Нараду» и таранит его, уничтожая и себя, и «Кельвина», но останавливая «Нараду». В память о «Кельвине» Федерация сделала инсигнию корабля основным символом Звёздного Флота, а Джордж Кирк стал иконой «истинного офицера Звёздного Флота», которую увековечил в своей диссертации Кристофер Пайк.

Действие 2

Кирк вырастает хулиганом. Друг его отца, капитан Кристофер Пайк, находит Джеймса во время очередной драки в баре. Пайк предлагает Джеймсу записаться в Звёздный Флот вместо пустого растрачивания своей жизни. Джеймс со скептицизмом выслушивает вдохновляющую речь Пайка («Твой отец был капитаном 12 минут и за это время успел спасти 800 жизней, включая жизнь твоей матери и твою жизнь»), но, тем не менее, на следующий день прибывает на место отправления шаттла с новобранцами. Там он знакомится со своим будущим лучшим другом — Леонардом Маккойем.

Действие 3

Три года спустя: Кирк, курсант Академии, стремится пройти известный тест-симулятор для капитанов под названием Кобаяси Мару, сценарий развития событий которого не оставляет курсантам ни единого шанса на победу. Этот тест программирует Спок, выпускник Академии, единственный вулканец в истории, отказавшийся вступить в Научную академию Вулкана. Во время симуляции происходит сбой, и Кирк становится первым курсантом, успешно завершившим тест. Узнав о странных событиях около планеты Вулкан, адмиралы Академии досрочно направляют всех курсантов на корабли, чтобы поспешить с помощью. Кирка оставляют в Академии, так как Спок подал на него жалобу за взлом симулятора, но Маккой обманом проводит его на «Энтерпрайз NCC-1701», где Кирк догадывается, что всё происходящее на Вулкане — проделки ромулан. Пайк и Спок верят ему и прибывают на орбиту планеты в полной боевой готовности. Но все сопровождающие корабли к тому времени уже уничтожены «Нарадой». «Энтерпрайз» спасла лишь неопытность молодого пилота Хикару Сулу, из-за которого корабль отстал от остальных. Узнав, что Спок находится на борту «Энтерпрайза», Нерон «просит» Пайка лично полететь на «Нараду». Тем временем ромулане используют огромную буровую установку, чтобы создать туннель к ядру Вулкана. По пути к ромуланскому кораблю Пайк сбрасывает в скафандрах Кирка, Сулу и инженера Олсена. Олсен погибает, но Кирку и Сулу удаётся обезвредить буровую установку. Несмотря на это, Нерон приказывает запустить ракету с красной материей в ядро планеты, после чего чёрная дыра начинает поглощать Вулкан изнутри. Кирк и Сулу срываются с начавшей подниматься буровой платформы, но их успевает телепортировать второй пилот — молодой русский вундеркинд Павел Чехов. Спок телепортируется на поверхность и пытается спасти членов Совета, в том числе своих родителей, но многие, включая его мать, погибают.