Casey, une adolescente brillante et optimiste, douée d’une grande curiosité scientifique et Frank, un homme qui fut autrefois un jeune inventeur de génie avant de perdre ses illusions, s’embarquent pour une périlleuse mission. Leur but : découvrir les secrets d’un lieu mystérieux du nom de Tomorrowland, un endroit situé quelque part dans le temps et l’espace, qui ne semble exister que dans leur mémoire commune... Ce qu’ils y feront changera à jamais la face du monde… et leur propre destin !

Alors que le vaisseau U.S.S. Enterprise doit se rendre aux confins de l'espace inexploré en mission de sauvetage, il subit une attaque de Krall, l'ennemi impitoyable de la Fédération. Le vaisseau s'écrase en catastrophe dans un endroit hostile inconnu et le capitaine Kirk, Spock et leur équipage se perdent de vue. Ils sont tous coincés, sans possibilité de s'échapper.

En Europe, il y a 20 000 ans, durant l'ère Paléolithique supérieur, un jeune homme part braver une nature dangereuse et inhospitalière afin de retrouver le chemin de sa tribu.