En 2285, au cours d'une opération hasardeuse sur Genesis, le vaisseau-mère Enterprise a été détruit, obligeant Kirk et son équipage à prendre refuge dans un oiseau de proie Klingon volé. Ils décident alors de regagner Vulcain pour être traduits en cour martiale, mais une surprise les attend à leur retour... La Terre est sous la menace d'une mystérieuse sonde extraterrestre qui émet des signaux en phase avec les chants inédits des baleines à bosse. Kirk et son équipage doivent alors effectuer un voyage dans le temps pour tenter de ramener un couple de ces baleines à bosse avant que la sonde ne détruise leur monde