一艘巨大的外星無人探測器向地球航來它不斷地發出奇特的電波信號:功率強大的信號煮沸了海水干擾了附近的星艦并造成了廣泛的破壞此時詹姆斯·柯克中將與他的船員們在完成了讓斯波克上校復活的任務后駕駛著從克林貢人那搶來的猛禽艦(被改名為“賞金號”)從瓦肯星返航盡管他們已經知道了將面臨軍事法庭的指控:他們被指控盜竊了聯邦星艦進取號并對她的毀壞負有責任在此關頭尚在恢復中的斯波克發現這艘外星探測器正嘗試與地球上的座頭鯨建立聯系;但不幸的是早在3個世紀前座頭鯨就因過度的捕獵而滅絕了柯克命令“賞金號”進入引力彈射狀態利用太陽的萬有引力而穿越時空來到20世紀后期星艦于1986年抵達了美國加利福尼亞州的舊金山市船員們將星艦藏在金門公園的一處草坪上此后他們開始尋找能與外星探測器溝通的鯨魚、能將鯨魚裝在星艦上的容器以及能讓猛禽艦恢復能源供應的物質——在星艦穿越時空的旅途中能源幾乎被耗盡柯克與斯波克最終獲得了一位鯨類專家吉莉安·泰勒博士的協助她在索薩利托市鯨魚協會照料兩頭座頭鯨在經歷了許多的困難后——包括讓泰勒相信他們的確來自未來——進取號的船員們成功地營救了兩頭座頭鯨并將它們帶到未來及時地拯救了地球然后船員們被帶到了聯邦委員會的面前接受眾多的指控沒有被作為被告的斯波克也與其他船員們站在了一起最后鑒于他們新近的英勇表現除了對柯克中將的控告外針對其余被告的所有控告都被撤銷柯克以作為一名上級軍官卻違背命令的罪行被判有罪并象征性地被降職為上校以示懲戒;但作為對他英勇行為的表彰他被任命為聯邦星艦進取號-A的艦長與進取號船員一同來到23世紀的泰勒博士決定加入星際艦隊并成為一名科學官作為情節框架的支線劇情展現了斯波克逐漸地恢復了他的記憶、他此前獲得并接受的人類傳統以及他對自己情感的承認在影片開始時他不明白母親詢問他的“感覺”有何意義;但到最后他已能足夠意識到“感覺”對人類的重要性并托父親告訴母親他“感覺良好”
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