Dopo tre mesi in esilio sul pianeta Vulcano, l'ammiraglio Kirk e il suo equipaggio decidono di tornare sulla Terra con lo Sparviero (ribattezzato dal dottor McCoy HMS "Bounty") catturato ai Klingon nel precedente episodio "Star Trek III - Alla ricerca di Spock", tutti rassegnati a subire la corte marziale per i numerosi reati commessi, in particolare il furto e la distruzione della nave stellare USS "Enterprise". Avvicinandosi al pianeta ricevono però un messaggio che avvisa che la Terra è sotto attacco da parte di una misteriosa e invulnerabile sonda spaziale aliena che emana un segnale capace di neutralizzare qualunque fonte energetica. Il medesimo segnale sta anche destabilizzando l'atmosfera terrestre, facendo evaporare gli oceani e creando delle grosse coltri di nubi che provocano forti piogge e impediscono l'irradiamento solare. Spock capisce che la sonda di per sé non ha intenzioni bellicose, ma non si rende conto delle conseguenze collaterali della sua azione, così, analizzando i suoni prodotti dall'alieno, scopre che questi cerca di mettersi in comunicazione con le balene megattere, la cui specie però è estinta da tempo.