L’USS Enterprise trouve sur sa route un ancien vaisseau spatial de Class DY-100, qui émet un signal en morse. On décèle des signes de vie à son bord, mais les pulsations cardiaques sont trop faibles pour être celles d'êtres humains. En dépit du grand âge du vaisseau, certains de ses équipements semblent fonctionner encore.

Le Dr McCoy annonce qu'il y a des corps à bord du bâtiment que Spock a identifié comme étant le Botany Bay. Les bases de données de l'Enterprise ne fournissent aucun renseignement sur ce vaisseau, mais il aurait été lancé lors des guerres eugéniques.

Le Capitaine Kirk prend la tête d'un détachement composé de lui-même, du Dr McCoy, de M. Scott et de l'historienne de l'Enterprise, Marla McGivers, pour se rendre à bord du mystérieux bâtiment. Ils découvrent qu'il s'agit d'un vaisseau-dortoir, et que son équipage humain est en état d'hibernation. Lorsque Scotty réactive les systèmes, l'un des survivants commence à revenir à la vie. Il précise que 72 des 84 passagers ont survécu.

Spock se pose des questions au sujet de la fonction du vaisseau, lancé avant l'ère des voyages interstellaires, les passagers n'avaient nulle part où aller et fort peu de chances de survie.

Kirk se rend à l'infirmerie, où McCoy lui annonce que son patient est le produit de manipulations génétiques, ce qui le rend plus robuste qu'un être humain normal. Plus tard, l'homme se réveille et menace McCoy avec un scalpel. Le médecin parvient à l'apaiser avant d'appeler Kirk.

L'homme, qui s'appelle Khan, demande la réanimation de l'équipage du Botany Bay, Kirk refuse. Après avoir répondu aux questions de Kirk, Khan se plonge dans la lecture de manuels techniques. Sur la passerelle, Spock signale que 80 « surhommes » ont disparu à la fin des guerres eugéniques.

Pendant ce temps, McGivers rend visite à Khan qui, visiblement, la fascine.

Lors d'un dîner de cérémonie, Khan prétend que son équipage et lui-même étaient en mission, puis il défend les dictatures de la fin du XXe siècle, dont il affirme qu'elles ont assuré l'ordre du monde. Devant les questions insistantes de Kirk, il prétexte la fatigue pour se retirer. McGivers le suit pour lui présenter des excuses. Khan la soumet alors à sa volonté et elle jure de faire ce qu'il lui demandera.

Spock a effectué des recherches au sujet de Khan : il s'agit de Khan Noonien Singh, dernier des tyrans issus du génie génétique. Sous la férule de Khan, il n'y a pas eu de massacres, mais la population ne jouissait d'aucune liberté. Kirk poste aussitôt des gardes devant les quartiers de Khan, puis lui rend visite.

Khan déclare à Kirk que l'humanité n'a pas progressé, et que ses disciples et lui vont prospérer dans cette époque. Après le départ de Kirk, Khan maîtrise le garde puis, avec l'aide de McGivers, regagne son vaisseau et ranime ses hommes. Ils reviennent à bord de l'Enterprise, où ils s'assurent le contrôle de la salle de commande des machines et coupent les systèmes de survie de la passerelle.

Les officiers reprennent connaissance dans la salle de réunions. Khan leur dernande de se joindre à lui. Pour les convaincre, il a placé Kirk dans une chambre de décompression. S'ils refusent de coopérer, ils assisteront à la mort de leur Capitaine avant de périr l'un après l'autre.

Les officiers refusent de se plier à ses ordres. McGivers semble bouleversée et Khan lui accorde la permission de sortir. L'image de Kirk disparaît de l'écran du moniteur. Khan, supposant que le Capitaine est mort, envoie Spock prendre sa place dans la chambre de décompression.

Dans l'intervalle, McGivers s'est rendue dans la chambre de décompression. Elle neutralise le garde, libère Kirk, mais le supplie d'épargner Khan. L'un des hommes de Khan survient, accompagné de Spock. Les officiers de la Fédération maîtrisent le surhomme. Kirk et Spock mettent au point un plan visant à reprendre le contrôle du vaisseau.

L'Enterprise est envahi par des gaz anesthésiants. Khan se retrouve isolé et se retranche dans la salle des machines ou il surcharge les moteurs. Kirk l’ayant poursuivi se fait désarmer, ils s'affrontent et Kirk prend le dessus.

Après avoir repris les commandes de son spationef, Kirk organise une audience. Il abandonne toutes les charges pesant sur Khan, à qui il annonce son intention de le déposer sur Ceti Alpha V.

Khan est fort satisfait : il préfère régner en enfer que servir au paradis. Kirk donne le choix à McGivers entre rester avec Khan ou rester à bord de l'Enterprise et comparaître en cour martiale. Profondément éprise de l'homme venu du passé, elle choisit de le suivre sur Ceti Alpha V.

Lorsque tout est réglé, Spock déclare qu'il serait intéressant de revenir dans cent ans pour voir ce qu'ont donné les graines que Kirk vient de planter.

Banque de données

• Quelques mois après que Khan et ses partisans sont abandonnés sur Ceti Alpha V, la planète voisine Ceti Alpha VI explose. Le monde où Khan et les siens ont été exilés voit son écosystème ravagé. Ceti Alpha V devient un enfer. Khan parviendra finalement à s'enfuir, grâce à l'arrivée sur sa planète d'un détachement de l'USS Reliant.
• Après avoir quitté Ceti Alpha V, Khan cherche à se venger de Kirk, qu'il rend responsable de ses malheurs et de la mort de McGivers. Néanmoins, malgré l'intellect supérieur de Khan, Kirk aura de nouveau raison de lui.