Nach der durch übertriebenen Bergbau herbeigeführten Explosion des klingonischen Mondes Praxis, der die Hauptenergiequelle der klingonischen Heimatwelt Qo’noS (gesprochen: Kronos) darstellte, ist das Klingonische Reich plötzlich zu Friedensverhandlungen mit der Föderation bereit. Captain James T. Kirk erhält den Auftrag, mit der USS Enterprise dem klingonischen Kanzler Gorkon ein sicheres Geleit zu den Verhandlungen auf der Erde zu bieten. Captain Spock hat seit dem Unglück auf dem Mond Praxis als Sonderbotschafter der Föderation Friedensverhandlungen mit den Klingonen geführt und persönlich für den Einsatz von Kirk und seiner Crew gebürgt. Jedoch hasst Kirk das klingonische Volk, da es die Klingonen waren, die seinerzeit seinen Sohn getötet haben. Außerdem stehen er und die Crew der Enterprise vor ihrem Ruhestand. Dementsprechend widerwillig nimmt er seine letzte Mission an. Bei dieser Mission ist erstmals auch die Vulkanierin Lieutenant Valeris, Spocks vulkanischer Protegé und potenzielle Nachfolgerin an Bord der Enterprise.
Im Weltraum fängt die Enterprise die Kronos 1, das Schiff des klingonischen Kanzlers ab, um es zur Erde zu eskortieren. Im Zuge eines Dinners, bei dem das erste Zusammentreffen der Besatzung mit den Klingonen an Bord der Enterprise stattfindet, und sie auf „das unentdeckte Land“ – die Zukunft – anstoßen, verläuft trotz des guten Willens von Seiten Spocks und des Kanzlers Gorkon, der ebenfalls entschlossen ist, den Frieden mit der Föderation herbeizuführen, eher kühl. Nachdem das gemeinsame Essen beendet ist und die Klingonen auf ihr Schiff zurückgekehrt sind, schießen plötzlich zwei anscheinend von der Enterprise abgefeuerte Photonentorpedos den Schlachtkreuzer manövrierunfähig und die Schwerkraft an Bord des Schiffes wird dabei aufgehoben. Zudem beamen zwei maskierte Männer in Raumanzügen der Föderation mit magnetischen Stiefeln auf die Kronos 1 und eröffnen das Feuer auf die wehrlosen Klingonen. Dabei wird Gorkon schwer verletzt.
Die Klingonen wollen nun die Enterprise angreifen. Jedoch will Kirk nicht, dass die Situation eskaliert und es zu einem Krieg zwischen der Föderation und dem Klingonischen Reich kommt. Daher kapituliert die Enterprise und Kirk und Schiffsarzt McCoy beamen auf den Kreuzer, um zu helfen. Dort versucht McCoy vergeblich, Gorkons Leben zu retten. Nach dessen Tod werden die beiden verhaftet und des Mordes angeklagt. Da die Friedensverhandlungen nicht gefährdet werden sollen, stimmt die Föderation einer Gerichtsverhandlung zu und verzichtet auf eine militärische Befreiungsaktion. In einem Schauprozess auf Qo’noS, in dem Gorkons Berater General Chang die Anklage vertritt, werden Kirk und McCoy zu lebenslanger Haft verurteilt. Anschließend sperrt man sie in die Minen auf dem vereisten Strafasteroiden Rura Penthe, wo die Gefangenen teils barbarischen Zuständen ausgesetzt sind.
Inzwischen lässt Spock seine Crew auf der Enterprise nach einer Erklärung für den Angriff auf das klingonische Schiff suchen. Spock kommt zum Schluss: Ein klingonisches Kriegsschiff mit neuester Tarn-Technologie hat unbemerkt die Torpedos abgefeuert. Außerdem muss es Komplizen auf der Enterprise geben. Spock ist es gelungen, Kirk und McCoy zu lokalisieren.
Dank der Hilfe der Gestaltwandlerin Martia, einer Mitgefangenen, gelingt den beiden die Flucht aus den Minen. Wenngleich ihr Entkommen nur in einen Hinterhalt führt, um ihre dezente Exekutierung zu ermöglichen. Spock und die Crew der Enterprise fliegen in das Territorium der Klingonen und können beide in letzter Minute an Bord der Enterprise beamen, bevor sie getötet werden. In der Zwischenzeit erfährt man, dass Lieutenant Valeris am Attentat auf den Kanzler beteiligt war.
Hier können nicht nur die beiden, inzwischen getöteten, Attentäter entlarvt werden, sondern auch deren Auftraggeber: Mit Hilfe einer Gedankenverschmelzung Spocks mit Valeris kommt die Crew einer zwischen Angehörigen der Föderation, Klingonen und Romulanern bestehenden Verschwörung auf die Spur, deren Ziel es ist, den Frieden zu boykottieren und den kriegerischen Status quo im Weltall aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck haben die Klingonen einen von Chang befehligten Spezial-Tarnkreuzer, der nun bei einem Attentat während der Friedenskonferenz auf dem neutralen Außenposten Camp Khitomer Rückendeckung geben soll, in Verwendung. Dieser war bereits beim Angriff auf die Kronos 1 im Einsatz.
Mit Schützenhilfe der von Captain Sulu befehligten USS Excelsior kann die Crew der Enterprise das getarnte Kriegsschiff schließlich besiegen und das Attentat im letzten Augenblick vereiteln.
Kirk und seine Crew haben ihre Aufgabe erfolgreich erfüllt, und ihnen bleibt nur noch die Rückkehr zur Erde. Dort soll die Mannschaft abgemustert werden. Kirk jedoch lässt die Enterprise noch zu einer letzten Reise aufbrechen.