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23世紀。惑星ジェネシスでの戦闘を終えて、エンタープライズは地球に帰還する。親友スポック（レナード・ニモイ）を失ったカーク提督（ウィリアム・シャトナー）の心は重い。ドクター・マッコイ（デフォレスト・ケリー）の様子もおかしい。カーク提督らクルーは、モロー提督からエンタープライズは船齢20年、がたがきているので廃艦になることを知らされる。機関士のスコッティ（ジェームズ・ドゥーアン）は新型艦エクセルシオ号に移されることに。その頃、クリンゴン軍のクルーグ司令官（クリストファー・ロイド）が、ジェネシス・テープを入手し、計画の秘密を得るため惑星ジェネシスに向かう。すでに惑星には地球の調査艦グリッソムが接近し、地上の生物反応を感知し、サーヴィク大尉と計画の推進者のデイヴィッドが惑星に降りて調査を始めていた。カークはスポックの父サレックの訪問を受ける。ヴァルカン人は死ぬ時に、精神を他の人と一緒にする。精神が残っていれば、ヴァルカン星のサレヤ山でスポックを甦えらせることも可能だというのだ。カークはマッコイに精神移乗がなされたことに気付く。彼は他のクルー、スコッティ、チェコフ、スールー（ジョージ・タケイ）、ウフーラの協力を得て、精神病院に入れられたマッコイを救出。ウフーラを除くクルーはエンタープライズに乗り込んでジェネシスヘ急ぐ。エクセルシオが後を追うが、スコッティの細工で途中でストップしてしまう。デイヴィッドらは8歳程のヴァルカン人少年を発見。スポックの甦りだ。惑星は異常進化し、猛スピードで破壊へつき進んでいた。デイヴィッドが計画促進のために不安定な物質を使ったためだ。見つかった少年はどんどん成長していく。クルーグは部下とともに惑星に降り、3人を発見して人質にする。そこヘエンタープライズが到着。クリンゴン艦のためにエンタープライズは操縦不能となり、クルーグは降伏を要求し、見せしめに人質を殺すと通告する。デイヴィッドはサーヴィクを救おうとして殺された。息子デイヴィッドを殺されて怒ったカークは一計を案じ、クリンゴン軍兵士をエンタープライズを自爆させることで抹殺する。そして、惑星に降りて、サーヴィクとスポックそっくりに成長したヴァルカン人に会い、クルーグと対決の末に倒す。クリンゴン艦を乗っ取って一行はヴァルカン星へ。女祭司が甦りの儀式を司どり、マッコイからスポックに精神がもどされる。かくして、再びスポックは昔同様にクルーにかこまれることになった。