Drugi nastavak trilogije započinje tamo gdje je prošli završio no ovoga puta destinacija je 2015. godina. Marty McFly (Michael J. Fox), Doc (Christopher Lloyd) i Jennifer (Lea Thompson) putuju 30 godina u budućnost gdje se susreću sa svojim budućim ja i djecom koja se tek trebaju roditi. Nakon što srede situaciju vraćaju se u sadašnjost uvidjevši da su se stvari promjenile.
Doc Brown (Christopher Lloyd) slučajno je poslan natrag u 1885. kada ga je pogodio grom. No, uspio je poslati Martyju (Michael J. Fox) pismo, napisavši u gdje se nalazi vremenski stroj. Napisao je kako ne dolazi po njega i da uništi stroj čim se vrati u 1985. Marty počne raditi s Docom iz 1955. i oni iskopavaju De Lorean iz rudnika. Prije nego što su napustili rudnik, otkrivaju nadgrobnu ploču na kojoj piše kako je tu 1885. pokopan Doc. Doca je u leđa upucao Biffov pradjed Buford "Ludi pas" Tannen zbog osamdeset dolara. Marty odlučuje, unatoč Docovim uputama, vratiti se u 1985. kako bi spasio prijatelja.
23. stoljeće, svemirski brod Enterprise nalazi se na rutinskom zadatku kada admiral James T. Kirk primi hitnu poruku iz svemirskog laboratorija Regula 1. Tajnu napravu zvanu 'Projekt postanak' prisvojio je Kirkov stari neprijatelj Khan, briljantni odmetnik iz 20. stoljeća koji ovu napravu koja predstavlja prijetnju cijelom svemiru kani upotrijebiti u smrtonosnoj igri osvete. Uz pomoć svoje grupe genetski modificiranih superljudi Khan preuzme kontrolu nad jednim federacijskim brodom te krene u potjeru za Enterpriseom, odlučan da ništa ne stane na put njegovu cilju: ubojstvu admirala Kirka… Čak i ako to dovede do općeg uništenja.
23. je stoljeće i tajnovita izvanzemaljska sila prijeti Zemlji isparavajući oceane i uništavajući atmosferu. U mahnitom pokušaju da spase čovječanstvo, Kirk i njegova posada moraju se vratiti u 1986. godinu u San Francisco gdje pronalaze svijet punka, pizze i autobusa na kojima morate imate točan iznos za plaćanje, što im je jednako strano kao bilo što s čime su se susreli u dalekim prostranstvima galaksije.
Godine 1868. svjetskim su morima zavladali strah i panika zbog učestalih potapanja brodova i brojnih ljudskih žrtava. Razlog im je bilo, navodno, golemo morsko čudovište neviđene snage i okrutnosti. Preživjeli su mornari opisivali strašne događaje pothranjujući bojazan da više niti jedan brod nije siguran od tajanstvene pošasti. Vlasti SAD-a stoga odluče pozvati najcjenjenijeg svjetskog stručnjaka za pitanja mora, francuskog profesora Pierrea Aronnaxa (P. Lukas) iz Pariškog nacionalnog muzeja. Ukrcavši se na američki ratni brod kako bi sljedećih nekoliko mjeseci tragao za opasnim čudovištem, profesoru Aronnaxu od velike će pomoći biti njegov sluga Conceille (P. Lorre) i stručnjak za harpune, mornar Ned Land (K. Douglas)...
Nakon godina ratovanja, Federacija i Klingonsko carstvo pripremaju se za mirovnu konferenciju, kada navodni napad Enterprise-a gotovo uništi jedan klingonski brod. Oba svijeta pripremaju se za mogući posljednji, pogubni susret.
Film se nastavlja tamo gdje je završio prethodni, 'Zvjezdane staze II: Khanov bijes'. Nakon Spockova pogreba, posada se vraća kući. Kod kuće saznaju da će njihov brod Enterprise zbog starosti biti povučen iz uporabe. No uskoro kapetana James T. Kirka (William Shatner) posjeti Spockov otac Sarek (Mark Lenard) i priopći mu da je Spock zapravo živ. Njegovo tijelo zarobljeno je na planetu na kojem je na snazi projekt Genesis, a dušu je prije smrti preselio u um doktora McCoya (DeForest Kelley), koji sad pati od trauma i deziluzioniranosti. Stoga je potrebno McCoya odvesti na Vulkan kako bi se Spock vratio u život, a McCoy opet postao onaj stari. Sada je kapetan Kirk prisiljen ukrasti Enterprise, unatoč zabrani vrhovništva te sa svojom posadom krenuti u spašavanje prijatelja.
Svemirski brod Enterprise prolazi zadnju fazu priprema prije nego što krene u presretanje tajanstvenog oblaka koji se velikom brzinom približava Zemlji. Kapetan James T. Kirk (William Shatner) stiže na brod i preuzima komandu od kapetana Willarda Deckera (Stephen Collins), koji je time vrlo razočaran ali ipak prihvaća mjesto prvog časnika. Na brod stiže i Deltanka Ilia (Persis Khambatt) koju s Deckerom povezuje romantična prošlost. U međuvremenu im se pridružuje i Spock (Leonard Nimoy), koji nije uspio proći obred Kolinahr te se vraća na Enterprise. Prva nevolja na koju nailaze je velika crvotočina koja ih zamalo uništava. Uskoro stižu do oblaka, ali otkriju da je oblak živo biće po imenu V'ger koje skriva tajnu staru 3 stoljeća...
Na prvi let novog međuzvjezdanog broda 'Enterprise B' pozvan je i umirovljeni veterani svemirske flotile, legendarni kapetan James T. Kirk (William Shatner) sa svojim časnicima Montgomerryjem Scottom (James Doohan) i Pavelom Chekovom (Walter Koenig). Rutinska pokusna vožnja pretvorila se neočekivano u pogibeljno spašavanje vozila zaglavljenih u golemoj svemirskoj energetskoj vrpci Nexus, prilikom kojega kapetan Kirk nestaje u svemiru. Sedamnaest godina kasnije, kapetan najnovijega 'Enterprise'-a oznake D, Jean Luc Picard (Patrick Stewart) spašava s razorene istraživačke postaje elaurionskoga astrofizičara Sorana (Malcolma McDowella). Pritom ne zna da je brodolomac zbog kojega je riskirao vlastiti život i život svoje posade zapravo tvorac monstruoznoga plana kojemu je cilj uništiti milijune života. Kapetan ne zna ni da će mu presudnu pomoć pri zaustavljanju zločinca dati njegov davno iščeznuli kolega...
Spockov polubrat Sybok otima svemirski brod Enterprise zajedno s posadom kako bi otišao u središte galaksije, gdje se navodno nalazi planet na kojem se nalazi - Bog.