Der rebellische James T. Kirk (Chris Pine) folgt dem Vorbild seines Vaters und besucht die Sternenflottenakademie, wo er auch den jungen Halb-Vulkanier Spock (Zachary Quinto) kennenlernt. Als der Romulaner Nero (Eric Bana) den Planeten Vulkan angreift, werden die Kadetten auf ihre Schiffe beordert. Auch Kirk, der eigentlich vom Einsatz ausgeschlossen werden sollte, wird von McCoy (Karl Urban) an Bord geschmuggelt. Alle müssen zusammenarbeiten, um Captain Pike (Bruce Greenwood) zu retten, der als Geisel genommen wurde, und zu verhindern, dass Nero die Erde zerstört.