Die Besatzung des Förderationsraumschiffs Reliant ist auf der Suche nach einem unbelebten Planeten, der für einen Test des Genesis-Projekts geeignet ist. Während der Erkundung eines Wüstenplaneten stoßen Reliants Captain Terrell (Paul Winfield) und sein erster Offizier Commander Chekov (Walter Koenig) auf Khan (Ricardo Montalban), einen durch genetische Experimente optimierten Supermenschen.
Khan hat mit James T. Kirk (William Shatner) noch eine alte Rechnung offen. Währenddessen befindet sich Admiral Kirk zwecks Inspektion an Bord seines einstigen Raumschiffes, der Enterprise, auf dem unter Captain Spock (Leonard Nimoy) Kadetten ausgebildet werden. Als die Enterprise einen Hilferuf empfängt, übernimmt Kirk das Kommando und muss beweisen, wessen Intellekt der überlegenere ist: sein eigener oder Khans.