ชะตากรรมของทั้งแกแล็คซี่ตกอยู่ในกำมือของสองคู่ปรับจากสองโลก คนแรกคือ เจมส์ ไทบีเรียส เคิร์ก (คริส ไพน์) เด็กหนุ่มชาวไร่จากไอโอว่าที่ต้องการความตื่นเต้นในชีวิต ซึ่งมีความเป็นผู้นำอยู่ในสายเลือด อีกคนก็คือ สป็อค (แซ็คคารี่ ควินโต้) ผู้เติบโตมาบนดาววัลแคน เขากลายเป็นแกะดำในสังคมเพราะชาติกำเนิดที่เป็นลูกครึ่งมนุษย์ ทำให้เขามีอารมณ์ที่อ่อนไหวในแบบที่ชาววัลแคนไม่มี แต่ด้วยความที่เป็นนักเรียนที่มีความมุ่งมั่นตั้งใจและเฉลียวฉลาด ทำให้เขากลายเป็นชาววัลแคนคนแรกที่สามารถเข้าเรียนในสถาบันสตาร์ฟลีทได้

เคิร์ก กับ สป็อคแตกต่างกันอย่างสุดขั้ว แต่ในระหว่างการเดินทางเพื่อค้นหาตัวเองของทั้งคู่ รวมถึงค้นหาสิ่งที่พวกเขาอยากทำเพื่อโลกใบนี้ ในไม่ช้า ทั้งคู่กลายเป็นคู่แข่งในการเรียน ด้วยสไตล์ที่ตรงกันข้ามกันอย่างสิ้นเชิง คนหนึ่งทำทุกอย่างด้วยอารมณ์ อีกคนทำด้วยเหตุผล พวกเขากลายเป็นคู่ปรับที่แข่งขันชิงดีชิงเด่นกันอยู่ตลอดเวลา และต่างไม่ชอบขี้หน้ากัน และต่างฝ่ายต่างต้องการที่จะได้รับเลือกให้อยู่ในกลุ่มนักเรียนหัวกะทิที่จะได้เข้าร่วมทีมลูกเรือของยานยูเอสเอส เอ็นเตอร์ไพรส์ ยานอวกาศที่ก้าวล้ำยุคที่สุดเท่าที่เคยมีการสร้างกันมา

ลูกเรือกลุ่มนี้อยู่ภายใต้การนำทีมของกัปตันคริสโตเฟอร์ ไพค์ (บรูซ กรีนวู้ด) ที่เข้ามาร่วมผจญภัยบนยานเอ็นเตอร์ไพรส์กับเขา ก็คือ เจ้าหน้าที่แพทย์ประจำยาน เลนนาร์ด “โบนส์” แม็คคอย (คาร์ล เออร์แบน), ชายผู้จะกลายมาเป็นหัวหน้าทีมวิศวกรรมของยาน มอนต์โกเมอรี่ “สก็อตตี้” สก็อตต์ (ไซม่อน เป็กก์), เจ้าหน้าที่สื่อสาร อูฮูร่า (โซอี้ ซัลดาน่า), นายท้ายยานผู้มีประสบการณ์อย่างซูลู (จอห์น โช) และเด็กอัจฉริยะวัย 17 ปีอย่างเชคอฟ (อันตวน เยลชิน) พวกเขาเหล่านี้จะต้องเผชิญหน้ากับการทดสอบครั้งแรกที่สุดแสนเจ็บปวดที่จะช่วยสร้างความภักดี มิตรภาพ ความกล้าหาญ และอารมณ์ขันที่จะผูกพันพวกเขาไปตลอดกาล