Les aventures vécues au XXIIIe siècle, par James T. Kirk, capitaine du vaisseau Entreprise NCC-1701 et son équipage. Leur mission quinquennale est d'explorer la galaxie afin d'y découvrir d'autres formes de vie et d'enrichir ainsi les connaissances humaines.
Une navette emportant Kirk, Spock, McCoy et Nancy Hedford (atteinte d'une maladie incurable) est détournée et s'écrase sur la planète Gamma Canaris N. Ils découvrent que les seuls habitants de cette planète sont une entité gazeuse et le scientifique Zefram Cochrane, disparu en 2117. Zefram est le découvreur de l'espace Warp et l'inventeur de la propulsion Warp (moteur à distorsion) permettant de voyager plus vite que la lumière.
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