Kirk ve ekibi, Dünya'da yargılanmayı beklerken, beklenmedik bir durumla karşılaşır. Yıldızgemisi Atılgan'ı kaçırmakla suçlanıyorlar. Ancak bu durum uzun sürmez. Uzaydan gelen gizemli bir nesne, dünyayı yok etmeye kararlıdır. İletişim kurduğu türün soyu tükenmiştir; bu tür devasa balinalardır.

Kahramanlarımız, 1986 yılının San Francisco'suna zaman yolculuğu yapar. Burada hem kendilerini gizlemek zorundadırlar hem de canlı bir balina bulup geleceğe götürmelidirler. Şehirde karşılaştıkları kültür şoku ve zorluklar işleri daha da karmaşık hale getirir. Spock, Kirk ve diğerleri, geçmişin ve geleceğin yükünü omuzlarında taşırken, tehlikelerle boğuşur. Uzay Yolu 3, bu macerayı anlatıyor.