In 2233 onderzoekt de USS Kelvin, een schip van de Verenigde Federatie van Planeten, een vreemde âonweersbuiâ in de ruimte. Al snel blijkt het een zwart gat te zijn. Uit dit gat komt de Narada, een Romulan mijnschip. De Narada valt de Kelvin aan, en eist dat de kapitein, Robau, aan boord komt. Aan boord wordt Robau ondervraagd over de verblijfplaats van Spock. Daarna doodt Nero, de kapitein van de Narada, Robau. Aan boord van de Kelvin neemt eerste officier George Kirk het bevel over, en offert zichzelf en de Kelvin op om de Romulans te stoppen. De rest van de crew van de Kelvin kan ontsnappen via shuttles. Aan boord van de medische shuttle bevalt Georgeâs vrouw, Winona, van haar zoon: James Tiberius Kirk.
Op de planeet Vulcan heeft de jonge Spock duidelijk moeite met het feit dat hij half mens is. Zijn vader moedigt hem aan zijn eigen lot te kiezen. Jaren later krijgt hij een studie aangeboden bij de Vulcan Science Academy, maar in plaats daarvan kiest Spock om naar de Starfleet Academy te gaan. Hij studeert met succes af, en wordt een leraar.
Kirk is inmiddels een jongeman van 22. Hij ontmoet Uhura en Kapitein Christopher Pike in een bar in Iowa, waar Pike hem overhaalt om ook naar de Starfleet Academy te gaan. Kirk wordt in het derde jaar van zijn opleiding geschorst wegens valsspelen bij een simulatortest, maar wordt toch aan boord van de USS Enterprise gehaald door zijn vriend Dr. Leonard "Bones" McCoy. De Enterprise en zes andere schepen, in alle haast samengesteld door Starfleet, krijgen de opdracht een noodoproep van de planeet Vulcan te onderzoeken. Pike heeft het bevel over de Enterprise, met Spock als zijn eerste officier. Op weg naar de planeet beseft Kirk dat de situatie sterk lijkt op die van 25 jaar geleden, de dag van zijn geboorte. Hij, McCoy en Uhura slagen erin Pike en Spock te overtuigen dat de Enterprise in de val wordt gelokt. De Enterprise trekt zich terug uit Warp, en belandt in een veld van brokstukken van andere Starfleetschepen, vernietigd door Neroâs schip. Dit schip is bezig zich een weg te graven naar de kern van Vulcan.
