James T. Kirk tente d'être à la hauteur de son père sous le contrôle de M. Spock alors qu'un Romulien vengeur du futur crée des trous noirs pour détruire la Fédération, planète par planète.
Au XXIIe siècle, le vaisseau "Nightingale 229" traverse le cosmos. A son bord, le capitaine AJ Marley, le copilote Nick Vanzant, le docteur Kaela Evers et l'informaticien Benji Sotomejor. Ayant reçu un signal de détresse, ils changent de trajectoire et se retrouvent au milieu d'un orage...