Estamos en el año 2285. El almirante Kirk y su Enterprise sirven al entrenamiento de futuros pilotos. Por su parte, la nave USS Reliant, comandada por el capitán Terrel, trata de encontrar un planeta donde llevar a cabo una prueba para la investigación Génesis. Este proyecto ha creado una bomba capaz de transformar un planeta arrasado en un paraíso para la vida humana pero, si se usa mal, puede aniquilar un mundo ya habitado.
En su búsqueda, se adentran en Ceti Alfa V y allí se topan con un viejo enemigo de James T. Kirk, el peligroso Khan Noonian Singh. Al enfrentarse a él, Khan se apodera de las mentes de la tripulación y roba el dispositivo del proyecto Génesis para atraer a la nave de Kirk, tripulada por cadetes, y realizar su venganza.
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