Alors qu'il rentre à sa base, l'équipage de l'Enterprise doit faire face à des forces terroristes implacables au sein même de son organisation. L'ennemi a fait exploser la flotte et tout ce qu'elle représentait. Dans un monde en guerre, le Capitaine Kirk, animé par la vengeance, se lance dans une véritable chasse à l'homme, pour neutraliser celui qui représente à lui seul une arme de destruction massive... Le choix de casting de Benedict Cumberbatch s'est déroulé de manière atypique : contacté au téléphone par le réalisateur J.J. Abrams, celui-ci a tout de suite été convaincu en entendant le timbre de voix si particulier de l'acteur... C'est Steven Spielberg lui-même qui lui avait soufflé le nom de Cumberbatch (après l'avoir dirigé dans Cheval de guerre).