宇宙大作戦
メイナード・ファーガソンのカバーによる本作のテーマ曲が『アメリカ横断ウルトラクイズ』(日本テレビ、1977年 - 1998年)に使用された。そのため、日本のテレビ番組においては、本作のテーマ曲はアメリカ(特にニューヨーク)やクイズ番組を想起させるBGMとして用いられることが多い。同カバーバージョンはコナミの音楽アーケードゲーム「pop'n music」に「アメリカ/STAR TREK」という曲名で収録され、公式サイトには「アメリカを代表する壮大なスペースオペラが登場だよ! クリンゴンに行きたいかー!」という両番組をパロディにした曲紹介がなされている。
詳細は各個別記事を参照。
ジェームズ・T・カーク(ウィリアム・シャトナー) - 船長(大佐)。地球人男性。
スポック(レナード・ニモイ) - 副長兼科学主任(中佐)。バルカン人と地球人のハーフ、男性。
レナード・マッコイ(デフォレスト・ケリー) - 医療主任(少佐)。地球人男性。
モンゴメリー・スコット(ジェームズ・ドゥーアン) - 機関主任(少佐)。地球人男性。日本語版での呼称はチャーリー。
ウフーラ(ニシェル・ニコルズ) - 通信士官(中尉)。地球人女性。日本語版での呼称はウラ。
ヒカル・スールー(ジョージ・タケイ) - 主任ナビゲーター(大尉)。地球人男性。日本語版での呼称はカトウ(カトー)。
パヴェル・チェコフ(ウォルター・ケーニッグ) - ナビゲーター(少尉)。地球人男性。第2シーズン以降に登場。

カーク
スポック
マッコイ
スコット(チャーリー)
ウフーラ(ウラ)
スールー(カトウ)
チェコフ
本作は、西部開拓ドラマの宇宙版として構想されたため、スペース・ウェスタンの要素が含まれている。また、従来のSFドラマに比べ人間ドラマの要素が濃いことから、普遍的なテーマを扱うことが多い。登場人物に、アメリカ人、アフリカ民族、スコットランド人、ロシア人、アジア人など各民族を配し、女性も主要キャラクターに含めるなど、差別のない時代を描いている。特に、ニシェル・ニコルズ演じるウフーラは、アフリカのバンツー族出身で艦隊士官という設定であったため、黒人への差別意識が根強かった放送当時は画期的なキャラクターとして捉えられた。黒人達の中でも、とりわけ黒人女性達に大きな希望を与えたといわれている。また、第65話「キロナイドの魔力(英語版)」における白人と黒人のキスシーンは、当時としては常識破りであったため、物議を醸した。
惑星連邦宇宙艦隊階級は海軍に準じており、「Captain」は「大佐」を指す。本作では「船長」と訳されているが、続く劇場版からは「艦長」と訳されている。これを踏襲し、本作より以前の時代が舞台の『スタートレック:エンタープライズ』や『スタートレック:ディスカバリー』では「船長」に邦訳が統一されている。
日本語吹き替え版では、スコットの名前が「チャーリー」、ウフーラの苗字が「ウラ」、スールーの苗字が「カトウ」に変更された。このあおりを受けて、第2話「セイサス星から来た少年(英語版)」に登場する少年の名前も、「チャーリー」から「ピーター」に変更されている。また、劇中では暦として西暦ではなく宇宙暦が用いられているが、「宇宙暦040x.xxxx」のような原語版とまったく異なる数字に変更されている。これは日本における初回放送を行った日本テレビのチャンネル数である「4」に倣ったものとされ、1969年のアポロ11号の月面着陸を紀元として約400年後という意味だと解釈されている。そのため、日本語吹き替え版では23世紀ではなく24世紀が舞台になっており、原語版の台詞や後のシリーズ作品の設定とは約100年のずれがある。
第1パイロット版「歪んだ楽園」の日本語吹き替えは長らく存在しなかったが、Netflixの配信の際に新録された。
イギリスにおける初回放送はBBCによってなされ、全4シーズンに分割されたほか、第1シーズン途中まではモノクロ放送だった。また、子供向け番組の扱いだったため、刺激が強く不快なテーマを含んでいると判断された3話(第65話「キロナイドの魔力」、第67話「恒星ミナラの生体実験(英語版)」、第69話「宇宙の精神病院(英語版)」)が当初から放送が見送られており、これら3話は1992年時の再放送まで封印扱いであった。加えて第8話「400才の少女(英語版)」は初回放送時にオンエアされたものの、後に視聴者からのクレームがあったため、1993年まで再放送のリストから外されていた。
1969年07月12日 - 1969年12月27日 土曜 17:15 - 18:15 (GMT)
1970年04月06日 - 1970年09月07日 月曜 19:10 - 20:10 (GMT)
1970年10月07日 - 1971年02月10日 水曜 19:10 - 20:10 (GMT)
1971年09月15日 - 1971年12月15日 水曜 19:10 - 20:10 (GMT)
ゼフラム・コクレーン(グレン・コーベット(英語版)) - 第38話「華麗なる変身(英語版)」に登場する21世紀の地球人科学者で、地球史上初めてワープ・ドライブを開発し、光速突破の飛行を成し遂げた人物。
サレク(マーク・レナード(英語版)) - 第39話「惑星オリオンの侵略(英語版)」に登場。スポックの父で、惑星連邦のバルカン人大使。
アマンダ(英語版)(ジェーン・ワイアット) - 第39話「惑星オリオンの侵略」に登場。スポックの母で地球人。
シラノ・ジョーンズ(スタンリー・アダムス(英語版)) - 第44話「新種クアドトリティケール(英語版)」に登場する地球人の商人。
ドクター・ムベンガ(英語版)(ブッカー・ブラッドショー(英語版)) - 第48話「カヌーソ・ノナの魔力(英語版)」と第72話「無人惑星の謎(英語版)」に登場。U.S.S.エンタープライズの勤務医で地球人男性。バルカン星の病院で勤務した経歴を持つことから、バルカン人の医療に長けている。
リチャード・デイストローム(ウィリアム・マーシャル(英語版)) - 第53話「恐怖のコンピューター M-5(英語版)」に登場。23世紀の著名な地球人科学者であり、コンピューターシステムの開発で天才と謳われた人物。