Након што је режирао претходни филм, глумац Ленард Нимој је прихватио понуду режирања и четвртог, уз веће слободе које су му дате. Нимој и продуцент Харви Бенет су замислили причу са еколошком поруком и без зликоваца. Студио Парамаунт није био задовољан првим нацртом сценарија, због тога је унајмљен Николас Мејер, режисер другог филма Канов гнев, који је написао различите делове новог сценарија са Бенетом уз одобрење Нимоја, главног глумца Вилијам Шатнера и Парамаунта.
Снимање је почело фебруара 1986. у Сан Франциску. Филмска компанија ILM помогла је у постпродукцији и дочаравању специјалних ефеката. Мало китова у филму је било стварно, већина су били аниматроничке лутке са покретним моторима. Филм је премијерно приказан 26. новембра 1986. и показао се веома успешним. Хумор и необична прича примили су похвале критичара и обожаватеља серије, који су их примили као освежење у поређењу са прва три озбиљна и тмурна филма. Филм је зарадио преко 133 милиона долара широм света. Добио је неколико награда и био је номинован за четири Оскара. Наставак филма Звездане стазе V: Крајња граница премијерно је приказан 9. јуна1989. године.
Упозорење: Следе детаљи заплета или комплетан опис филма!
Године 2286. велика цилиндрична сонда путује свемиром. Како се приближава Земљи, шаље неразумљиви сигнал у шифрама и онеспособљава доток струје по целој планети, стварајући при том снажне олује и катастрофалне облаке. Земља шаље позив упомоћ. Бивша посада брода УСС Ентерпрајз - Џејмс Т. Кирк, Спок, др Мекој и други - путује у клингонском свемирском броду према Земљи очекујући суђење за крађу и уништење Ентерпрајза. Када Спок чује сигнал сонде, схвата да је идентичан звуковима изумрлог грбавог кита и да ће стварати хаос док не прими одговор. Посада употребљава брод како би у кружном путовању брзином светлости заобишли Сунце и тако се вратили у прошлост, у 1986. годину.
Намеравају да пронађу пар китова и да их доведу натраг у будућност, како би зауставили сонду. Ипак маневар је исцрпио снагу брода, па одлучују да слете у Сан Франциско, да сакрију брод и остварити свој задатак. Кирк и Спок крећу у потрагу за китовима, док Монтгомери Скот, Ленард Мекој и Хикару Сулу прве акваријум који ће послужити за превоз истих. Ухура и Павел Чеков морају да пронађу начин којим би обновили енергију кристала на броду.
Кирк и Спок откривају мужјака и женку китова у институту у којем ради др Гилијан Тејлор и сазнају да ће их убрзо вратити у море. Кирк и Спок се упознају са Тејлор и стекну њено поверење. Упркос првобитном чуђењу, успевају да је увере да ће китовима бити добро у будућности и да ће тако обновити врсту. У међувремену, Скот, Мекој и Сулу тргују формулом за провидни алуминијум за материјал који им треба за акваријум. Међутим Ухура и Чеков упадају у невоље на нуклеарном броду јер их сматрају руским шпијунима. Чеков је повређен, па га војска шаље на операцију. Кирк, Мекој и Тејлор га спасавају из болнице и дају му примеренију терапију која га лечи.
Тејлор сазнаје да су китови пуштени раније, па даје њихове кодове Кирку. Свемирски брод успева да телепортује два кита таман пре него што постану мета китоловаца на мору. Посада се потом врати натраг у 23. век заједно са Тејлор, која је хтела да пође са њима. Натраг на Земљи, њихов брод се сруши у море и ослобађа китове који одговоре на сигнал сонде која престане са штетним понашањем и враћа се натраг у свемир. Све оптужбе против Ентерпрајзове посаде су одбачене, ипак због одбијања наредбе надређеног Кирку је смањен статус са адмирала на капетана. Посада улази у нови свемирски брод, Ентерпрајз НЦЦ-1701-А и очекује нову мисију.