Pike conduit l'équipage dans une tempête stellaire qui propulse l'Enterprise 65 millions d'années en arrière, à l'époque des dinosaures. L'équipage doit trouver le moyen de rentrer chez lui avant que ses actions n'influencent le passé et l'avenir.

La'An, Spock et Kirk se retrouvent piégés à bord d'un mystérieux vaisseau de la Fédération disparu depuis longtemps.