지구를 향해 거대한 에너지 덩어리가 다가온다. 그것은 지구에 어떤 신호를 보내면서 응답을 기다리는데, 그 신호는 지구에서는 이미 멸종해버린 고래의 한종류가 내는 신호와 같음이 밝혀진다. 지구의 멸망을 막기위해, 엔터프라이즈 승무원들은 그 고래가 살아있던 20세기로 시간여행을 감행한다. 20세기의 샌프란시스코에 도착한 승무원들은 갖가지 해프닝과 곤란을 겪은 끝에, 어느 여자 해양학자의 도움을 얻어 그 고래를 찾아 우주선에 싣고 23세기로 돌아간다. 고래가 보내준 답신을 받고는, 그 에너지 덩어리는 지구를 피해가고 인류는 멸망의 위기로부터 벗어난다.
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William Shatner
Admiral James T. Kirk
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Leonard Nimoy
Captain Spock
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DeForest Kelley
Dr. Leonard McCoy
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James Doohan
Montgomery Scott
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Walter Koenig
Cmdr. Pavel Chekov
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Nichelle Nichols
Cmdr. Uhura
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George Takei
Cmdr. Hikaru Sulu
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Catherine Hicks
Dr. Gillian Taylor
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Mark Lenard
Ambassador Sarek
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Jane Wyatt
Amanda
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Robin Curtis
Lt. Saavik
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Robert Ellenstein
Federation Council President
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Brock Peters
Admiral Cartwright
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John Schuck
Klingon Ambassador
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Kirk R. Thatcher
Punk on Bus
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Michael Berryman
Starfleet Display Officer
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Madge Sinclair
Saratoga Captain (uncredited)
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Grace Lee Whitney
Commander Rand
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Jane Wiedlin
Alien Communications Officer
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Vijay Amritraj
Starship Captain
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Majel Barrett
Commander Chapel
