Un mystérieux et gigantesque cylindre se dirige à grande vitesse vers la Terre. L'engin, encore à distance, envoie une sonde qui vient se positionner en orbite autour de la planète bleue. Peu à peu, elle vaporise l'eau des océans, risquant d'éliminer toute vie sur la planète. Le docteur Spock étudie la question et comprend que le cylindre tente d'entrer en contact avec des baleines à bosse, une espèce disparue au XXIIIe siècle. Kirk et son équipage vont donc effectuer un voyage dans le temps. Ils se projettent jusqu'en 1986 afin de retrouver des spécimens du géant marin, dans l'espoir que le chant des baleines parviendra à calmer les esprits des occupants du cylindre...
