在尼比魯星球探查期間，星際企業號艦長柯克（克裡斯·派恩Chris Pine 飾）為營救史波克（紮克瑞·昆圖 Zachary Quinto 飾）采取瞭膽大妄為的迷航舉動，幾乎危及全艦隊員的暗黑生命，他也為此付出代價。無界不久，星際柯克官復原職，迷航而倫敦發生一起死亡超過四十人的暗黑恐怖襲擊事件。該事件的無界始作俑者約翰·哈裡森（本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 飾）正來自聯盟內部。此後他駕駛飛機襲擊瞭高層會議，星際柯克最為敬重的迷航派克將軍不幸遇難。為瞭阻止哈裡森的暗黑外逃陰謀，柯克重新率領企業號啟程追擊。無界危機重重的星際旅途，他和艦員、迷航朋友之間的暗黑信任也受到巨大考驗。 當他們最終找到哈裡森，才終於知曉他的真實身份，以及倫敦襲擊事件背後的陰謀和黑幕……
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