地球2256年，联邦星舰神舟号被派往联邦管辖空间的边缘。时下有双星系统，除了地球人之外，还有一个人种生活在另一颗恒星上。一颗中继器遭到了破坏，星舰无法远程维修中继器，因为中继器附近有一个干扰器干扰了飞船的成像技术。现代化的科技手段无法看清干扰源，于是大副迈克决定亲自前往探索不明飞行物体。在接近干扰源中心位置时，双方失联。干扰源竟是宇宙中的一座雕塑，一座看起来是石头其实是金属架构的宏伟建筑。克林贡人将迈克视为入侵者，迈克遭遇了克林贡人的袭击，双方产生了激烈的打斗，克林贡人卫士牺牲，迈克也命悬一线。艰难醒来的迈克拒绝治疗，向舰长示警，然而同事觉得她精神出了问题，只有舰长相信她。在经过武器威胁之后，他们终于看见了不明物体——一艘克林贡人的战舰。与此同时，克林贡人也在重新部署自己的防御计划。萨鲁作为能感知死亡的人种，已经感觉到了危机将至，想要说服舰长撤退……

迈克挟持舰长打算同克林贡人开战，但是舰长关键时刻恢复意识，下令停止开火，双方对峙期间，克林贡人的舰队抵达战场，24个克林贡家族全部出现，神舟号陷入孤立无援的状态。迈克因为袭击舰长引发战争而被免职。特库巫马想要重振克林贡帝国的荣耀，因此他召集了克林贡24家族，商讨复兴帝国的计划，克林贡人对特库巫马的言辞很有兴趣。神舟号舰长给克林贡人发了视讯，她表示愿意和克林贡帝国合谈，但是特库巫马认为人类不是为了和平而来，是为了毁灭克林贡而来。特库巫马说服了其他克林贡家族，在毫无预警的情况下向联盟宣战，双方即时开战。特库巫马一边装作已经接受合谈的样子，一边使用隐形战舰对联盟发起攻击。特库巫马凭借这次战争成为了克林贡帝国的领导者。星际联盟遭受到巨大的损失，为此神舟号舰长孤注一掷将自己传送到克林贡战舰上，与特库巫马决一死战……

迈克被军事法庭判为叛乱者，发配去前往图伦星系。同行的犯人想要杀掉迈克，可是她们加起来也打不过迈克。卢卡舰长邀请迈克帮他的忙，迈克拒绝了，可惜她作为囚犯根本没有拒绝的权力。迈克有了一个新室友，提莉，她感觉发现号上面处处透着神秘，提莉也不肯透露一丝一毫。在发现号上，迈克见到了曾经的同伴萨鲁，如今萨鲁已经晋升为大副。迈克被分配到工程部，上尉让她修改代码，却不肯告诉她这些代码代表着什么，于是她偷走了候补军官的手帕，进入到了发现号的最高机密。卢卡舰长要求保罗上尉带上迈克一起做研究，保罗反对无效。保罗吐露了自己对迈克的敌意的来源，迈克引发了和克林贡人之间的战争，这使得他的研究不再纯粹，他的朋友也因为要努力提高研究进度而死。格伦号被克林贡人袭击，全体阵亡，发现号被要求接受格伦号的研究成果，并在他们的基础上继续研究下去。

迈克被临时分配去了科研组，卢卡舰长把格伦号的怪物带到了发现号上面，他给了迈克一个秘密任务，研究一下这个怪物的组成材料，它到底是凭什么撕碎了克林贡人。特库巫马死后，他的追随者因为缺少补给而一个个饿死，他们面临一个艰难的抉择，饿死还是背叛。特库巫马的殉道终于让克林贡帝国完成统一，他树立了自己的先知形象令克林贡众多家族都追随于他。科尔为了夺取特库巫马的财产和子民，用食物收服了饥饿中的特库巫马的追随者，并且放逐了特库巫马指定的的继承者沃。为了争夺二锂矿，克林贡人伏击了矿产丰富的科凡二号，发现号为了完成营救任务，打算尝试长距离跃进。迈克的同组成员军官为完成任务急功近利，想要砍掉怪物“水熊虫”的爪子，却因激怒了它而被杀死。经过研究，迈克发现“水熊虫”是因为孢子而来到格伦号，在“水熊虫”的帮助下，他们成功的解救了科凡二号。

发现号在营救科凡二号时所使用的孢子引擎被宇宙好战分子盯上，因此联邦禁止发现号在没有批准的情况下使用孢子引擎，卢卡舰长对于这一决定很是郁闷。联邦打算把迈克关起来，但是卢卡舰长亲自参加会议保下了迈克，但他在返回飞船时被克林贡人抓走。卢卡被克林贡人关在监禁船上，他在船上认识了穆德，作为见面礼，穆德教会了卢卡监狱生存法则，可穆德实际上是一个背叛者，穆德内心认为是星舰人冒冒失失地探索外太空导致克林贡人反击，是星舰人引来了战争，让他这样的普通人沦为阶下囚。卢卡舰长被带到了审讯室，要求他说出孢子引擎的秘密。发现号上，迈克和保罗研究出了水熊虫导航的秘密，他们正打算研究一种不伤害水熊虫的办法实现长距离跃进的方式，以期用这项技术救出卢卡舰长。代理舰长萨鲁为了争取营救时间，坚持要求使用水熊虫作为导航，这次跃进，使它进入了极端的自卫状态。为了拯救水熊虫，保罗上将在自己体内注射了水熊虫DNA，替代水熊虫，完成跃进。监禁船上，卢卡舰长与另一位星舰成员泰勒相互配合，抢占了克林贡的飞船，顺利逃出。

卢卡舰长从克林贡战舰上带回来的泰勒正式成为发现号的成员之一。午餐时分，提莉听闻泰勒曾手撕6个克林贡人，表示出对泰勒充满好奇，她们打算和泰勒一起就餐时，迈克突然晕倒。醒过来的她意识到是养父沙瑞克有了麻烦，因为她和沙瑞克之间是有联系的，她昏迷的时候进入了沙瑞克的内心世界，却被沙瑞克赶了出来。迈克说出了自己和沙瑞克之间有联系的原因，当年瓦肯人想要杀了她，但是沙瑞克用自己的灵魂救回了她，从那之后，她们二人有了联系。沙瑞克是因为阻止瓦肯和克林贡之间的合谈而遭到了袭击，卢卡舰长决定带着发现号亲自去寻找消失在宇宙中的沙瑞克。迈克说她可以帮忙，她们打算造一台虚拟思想融合的扩增器，用二人之间的联系定位沙瑞克。迈克和泰勒一起乘坐穿梭机开始了营救沙瑞克之路。

深受瓦肯人逻辑思维影响的迈克对于自己的情感交流能力表示怀疑，她不知道自己能不能适应聚会这种场合。聚会进行中，发现号突然发现了一只受伤的巨鲸，没想到巨鲸的体内隐藏着背叛者穆德，穆德在自己的身上安装了炸弹，炸毁了发现号。时光突然倒退，历史重演，这一次穆德不是从巨鲸中走出，而是直接进入了控制室。保罗表示大家目前正困在一个时间循环里，可是大家都不相信他。这段时光一次一次的倒流重演，除了保罗之外所有人都一无所觉，因为水熊的DNA，他是唯一一个能够感知多维环境的人。穆德控制了一个时间循环，他想从发现号中得到关于孢子引擎的秘密，好把这艘战舰卖给克林贡人。利用泰勒对迈克的好感，迈克诱导他说出了穆德控制时间的秘密，但是泰勒却被穆德所杀，在迈克的面前化为飞灰。迈克以自己为筹码，逼迫穆德再一次逆转时间，他们在一次次的斗争中吸取经验，修改电脑程序，终于击败了自负的穆德。

最近一次战役中，加加林号在发现号的面前被克林贡人摧毁，而且作为孢子引擎的媒介的保罗的情况也不是很好，精神恍惚。与此同时，迈克一行人登上了帕沃星，为了调整帕沃信号而规避克林贡隐形飞船带来的损失，萨鲁因为先天优势，率先跟帕沃人交流，没想到他随后就背叛了联邦，萨鲁利用帕沃人给的试探石分辨出了泰勒的假话，他打算破坏泰勒和迈克的计划，不让他们改变磁场发射器。萨鲁和迈克发生了激烈的打斗，最终在帕沃星人的帮助下，他们成功改变了发射磁场，回到发现号之后，萨鲁终于坦诚了他攻击迈克的原因，是因为他从帕沃星人的身上感知到了死亡，他想保护帕沃星。另一边，克林贡内部的分裂越来越严重，科尔篡位得来的政权，引起了许多人的不满。但是帕沃星发出的信号并非如他们预期一般，反而是给发现号和克林贡双方发信号，克林贡人打算进攻帕沃星，卢卡舰长打算守护帕沃星，双方大战一触即发。