故事背景设在未来2300年，人们可以开展星际旅行。出生于2230年的孩子史波克，在瓦肯星球长大，并因母亲是地球人阿曼达·格雷森（演员：薇诺娜·赖德Winona Ryder）而遭受同龄人的欺负。他的父亲萨瑞克是一名派驻瓦肯星的外交官（演员：本·克劳斯Ben Cross）。从小到大，他一直在平衡严格的瓦肯理性和自身混合血统带来的情感波动中挣扎。长大后，史波克遇到了有远大理想的青年柯克（演员：克里斯·派恩Chris Pine），虽然两人时常产生矛盾，但通过种种经历共同进步，并学会相互理解和接受对方。担任进取号舰艇队长的是克里斯托弗·派克（演员：布鲁斯·格林伍德Bruce Greenwood），团队还有医学顾问“骨头”麦考伊（演员：卡尔·厄本Karl Urban）、工程师苏鲁（演员：西蒙·佩吉Simon Pegg）、通信指挥官乌丽卡夫人（演员：佐伊·索尔达纳Zoe Saldana）、舵手席路（演员：约翰·乔John Cho）以及刚满十七岁的亚历克斯·库科夫（演员：安东·耶列明Anton Yelchin）等核心成员。