某天，柯南因感冒在家休息，期间接到了灰原哀的电话。原来灰原做出了APTX-4869的最新解药，虽然只是试制品，但一心恢复工藤新一身份的柯南仍然迫不及待赶往阿笠博士的实验室。服药后，新一终于回到原有状态，不过周遭的一切却似乎有所改变：博士院子里的树长高了，出现许多新的建筑物，体育老师变得苍老，班里的同学全是陌生面孔，甚至元太、光彦和步美也都变成高中生的模样。他找到同样变成高中生的灰原，得知自己在过去的10年里不断服用解毒药导致产生抗药性，最近5年已无法变会原有状态。失落的柯南无奈看着周遭的转变，更让他倍受打击的是，小兰决定放弃杳无音讯的新一而嫁给新出老师。他们的恋情亦梦以幻，何以为终……

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”。

奎植（权相宇 饰）是神学院的学生，他的“崇高理想”就是能当上神父，因此非常纯洁，一次恋爱还未谈过。这名“模范生”却因为一次闯祸而被惩罚到一所乡村教堂修炼。凤熙（河智苑 饰）刚从美国回来，她一心一意来和男友相聚，却看到男友已经和别的女子风花雪月。伤心的凤熙喝到烂醉，在奎植的教堂里醉倒。凤熙的叔叔是教堂神父，他下令奎植，一定要救赎凤熙，让她接受神灵的洗礼。这个任务让奎植伤透了神，活泼的凤熙怎样才能接受他的改造呢。朝夕相处中，奎植却发现一件让他更头痛的事：他爱上了凤熙。但是为了他的理想，如此动情却是万万不可的，他愿意牺牲理想去追求一段浪漫的爱情吗……

历（卫藤美彩 饰）是一名独自经营着一家鲷鱼烧小店的女孩，行助（仲野太贺 饰）是常常光顾这家店的生物考古助理。坚强而又美丽的历逐渐吸引了行助的注意，让他产生了想要更多的了解这个女孩的念头。随着时间的推移，历和行助之间的交往变得频繁起来，两颗孤单的心也越靠越近。就在这个节骨眼上，一场意外发生了。历在一场车祸中头部受伤，因此失去了一小段的记忆，而这段记忆，偏偏就是关于行助的。为了使历康复，行助天天陪伴在她的身旁，想尽一切办法，想要唤醒历脑海里关于自己的记忆。