时间是1979年，美国俄亥俄州一个平凡小镇。少年乔·兰布（乔尔·科特尼 Joel Courtney 饰）痛失母亲，生死悲痛让他久久地沉默。数月后，他应好朋友查尔斯（雷利·格里芬斯 Riley Griffiths 饰）的邀请，决定约上几个朋友一起用超8摄像机（8 mm）拍摄一部恐怖电影。当然令他下定决心的，是那个令她心仪的美丽女孩爱丽丝（艾丽·范宁 Elle Fanning 饰）也参与其中。在某个夜晚，爱丽丝驾驶父亲的汽车载着伙伴们来到火车站拍戏，谁知却目睹了一场极其惨烈的火车事故。
这起事故还只是一系列不寻常事件的开始，小镇上的人们相继离奇失踪，各种奇怪的事件也接连发生。少年们的摄像机记录关于这一切的秘密……...
在尼比鲁星球探查期间，企业号舰长柯克（克里斯·派恩Chris Pine 饰）为营救史波克（扎克瑞·昆图 Zachary Quinto 饰）采取了胆大妄为的举动，几乎危及全舰队员的生命，他也为此付出代价。不久，柯克官复原职，而伦敦发生一起死亡超过四十人的恐怖袭击事件。该事件的始作俑者约翰·哈里森（本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰）正来自联盟内部。此后他驾驶飞机袭击了高层会议，柯克最为敬重的派克将军不幸遇难。为了阻止哈里森的外逃阴谋，柯克重新率领企业号启程追击。危机重重的旅途，他和舰员、朋友之间的信任也受到巨大考验。
当他们最终找到哈里森，才终于知晓他的真实身份，以及伦敦袭击事件背后的阴谋和黑幕……</p>...
