L’Enterprise se prépare à sauver les habitants de la planète Sarpeidon dont l’étoile menace d’exploser. En arrivant sur place, Kirk, Spock et Mc Coy s’aperçoivent que tous les habitants ont déjà fui la planète en se réfugiant dans son passé grâce à un dispositif appelé Atavachron. Kirk se retrouve accidentellement plongé dans un passé de la planète; Spock et Mc Coy, voulant l’aider, se trouve plongé dans un autre passé.