- 一艘巨大的外星无人探测器向地球航来，它不断地发出奇特的电波信号：功率强大的信号煮沸了海水，干扰了附近的星舰并造成了广泛的破坏。此时，詹姆斯·柯克中将与他的船员们在完成了让斯波克上校复活的任务后，驾驶着从克林贡人那抢来的猛禽舰（被改名为“赏金号”）从瓦肯星返航，尽管他们已经知道了将面临军事法庭的指控：他们被指控盗窃了联邦星舰进取号，并对她的毁坏负有责任。在此关头，尚在恢复中的斯波克发现这艘外星探测器正尝试与地球上的座头鲸建立联系；但不幸的是，早在3个世纪前座头鲸就因过度的捕猎而灭绝了。 柯克命令“赏金号”进入引力弹射状态，利用太阳的万有引力而穿越时空来到20世纪后期。星舰于1986年抵达了美国加利福尼亚州的旧金山市，船员们将星舰藏在金门公园的一处草坪上。此后，他们开始寻找能与外星探测器沟通的鲸鱼、能将鲸鱼装在星舰上的容器，以及能让猛禽舰恢复能源供应的物质——在星舰穿越时空的旅途中能源几乎被耗尽。柯克与斯波克最终获得了一位鲸类专家吉莉安·泰勒博士的协助，她在索萨利托市鲸鱼协会照料两头座头鲸。 在经历了许多的困难后——包括让泰勒相信他们的确来自未来——进取号的船员们成功地营救了两头座头鲸，并将它们带到未来，及时地拯救了地球。然后船员们被带到了联邦委员会的面前，接受众多的指控。没有被作为被告的斯波克也与其他船员们站在了一起。最后，鉴于他们新近的英勇表现，除了对柯克中将的控告外，针对其余被告的所有控告都被撤销。柯克以作为一名上级军官却违背命令的罪行被判有罪，并象征性地被降职为上校以示惩戒；但作为对他英勇行为的表彰，他被任命为联邦星舰进取号-A的舰长。与进取号船员一同来到23世纪的泰勒博士，决定加入星际舰队并成为一名科学官。 作为情节框架的支线剧情，展现了斯波克逐渐地恢复了他的记忆、他此前获得并接受的人类传统，以及他对自己情感的承认。在影片开始时，他不明白母亲询问他的“感觉”有何意义；但到最后，他已能足够意识到“感觉”对人类的重要性，并托父亲告诉母亲，他“感觉良好”。
- 和大部分家庭一样，杰瑞特一家人过着稳定而又平静的生活，卡尔文（唐纳德·萨瑟兰 Donald Sutherland）不仅是一个工作上矜矜业业的正直律师，同时也将父亲和丈夫的角色扮演得十分出色，和妻子贝丝（玛丽·泰勒·摩尔 Mary Tyler Moore 饰）结婚二十余载，两人的感情分外稳定。 身为杰瑞特家的大儿子，伯克（Scott Doebler 饰）享受着更多的关心与爱，身为小儿子的康纳德（蒂莫西·赫顿 Timothy Hutton 饰）对此却并不在意。一次意外中，伯克溺水身亡，悲痛欲绝的贝丝迁怒于当时和伯克在一起的康纳德，这让后者十分痛苦与自责，好在有卡尔文的陪伴和关心，他内心的创伤才渐渐治愈。然而，当他再次鼓起勇气向母亲索取温暖的时候，贝丝的举动却让他的心再一次坠入了冰窖。
- 和大部分家庭一样，杰瑞特一家人过着稳定而又平静的生活，卡尔文（唐纳德·萨瑟兰 Donald Sutherland）不仅是一个工作上矜矜业业的正直律师，同时也将父亲和丈夫的角色扮演得十分出色，和妻子贝丝（玛丽·泰勒·摩尔 Mary Tyler Moore 饰）结婚二十余载，两人的感情分外稳定。 身为杰瑞特家的大儿子，伯克（Scott Doebler 饰）享受着更多的关心与爱，身为小儿子的康纳德（蒂莫西·赫顿 Timothy Hutton 饰）对此却并不在意。一次意外中，伯克溺水身亡，悲痛欲绝的贝丝迁怒于当时和伯克在一起的康纳德，这让后者十分痛苦与自责，好在有卡尔文的陪伴和关心，他内心的创伤才渐渐治愈。然而，当他再次鼓起勇气向母亲索取温暖的时候，贝丝的举动却让他的心再一次坠入了冰窖。
- 对工作感到灰心沮丧的曼哈顿下城发展公司员工茱莉?鲍威尔（艾美·亚当斯Amy Adams 饰）决定用一年时间实践美国最受欢迎的电视名厨茱莉亚?切尔德（梅丽尔?斯特里普 Meryl Streep 饰）第一本食谱《精通法国烹饪的艺术》中的全部524道菜，并写博客记录每日进展。与此同时，电影平行穿插茱莉亚?切尔德随美国新闻署任职的丈夫保罗?切尔德（斯坦利?塔奇 Stanley Tucci 饰）于1948年来到法国巴黎居住，学习烹饪，并历经十年艰辛出版厚达七百多页的《精通法国烹饪的艺术》过程。茱莉?鲍威尔在模仿茱莉亚?切尔德的历程中终于找到了自我，而随着博客浏览量的增加，就连茱莉亚本人也得知了茱莉的存在，但结果却在茱莉意料之外。
