L'Enterprise arrive sur la planète mourante Psi 2000 afin d'étudier sa future explosion, et récupérer une équipe de chercheurs. Mais après s'être téléportés, Spock et le lieutenant Joe Tormolen découvrent le système de survie éteint, et l'équipe morte de froid : l'un habillé sous la douche, un autre assis à une console de contrôle comme si rien n'était anormal, et un autre étranglé. Joe retire un instant son gant de protection pour se gratter le nez et est touché par un étrange liquide rouge. Une fois de retour sur le vaisseau, le duo est examiné par le Docteur McCoy, qui ne constate rien d'anormal et leur permet de retourner travailler. Joe est soudainement pris d'angoisse et commence à se gratter, le capitaine Kirk lui ordonne de se reposer.
Le capitaine, Spock et Scotty s'interrogent sur la cause possible de la folie qui a frappé et tué les scientifiques. Concernant l’explosion de la planète et la capacité de l’équipage à maintenir une orbite aussi étriquée pour leurs observations, Kirk se demande si la tragédie de la surface pourrait arriver à bord de l’Enterprise. Spock accepte des limitations de scanners, mais Scott a confiance en ses machines, tant que l’équipe de passerelle reste saine d'esprit. Les premières étapes de la destruction de Psi 2000 commencent.
Lors du déjeuner, l'état du lieutenant Tormolen empire : il sue abondamment et se montre violemment agressif envers les lieutenants Sulu et Riley. Il commence ensuite à délirer sur la futilité de la vie dans l’espace. Dans un état de grave dépression, il les menace avec un couteau et le retourne contre lui. Bien que sa blessure ne soit pas mortelle et que l'opération se soit parfaitement déroulée, il meurt à l'infirmerie, à la stupeur du Dr McCoy. Celui-ci émet l'hypothèse que son patient avait perdu l'envie de vivre.
Dans son carnet de bord, le capitaine Kirk s'inquiète du danger de leur mission : le vaisseau part à la dérive, il ne leur reste que 19 min avant qu'il ne s'écrase sur la planète.
C'est au tour de Sulu et Riley d'agir anormalement : Sulu court dans les couloirs torse nu avec une épée, se prenant pour un mousquetaire, tandis que Riley révèle son héritage irlandais par le biais de chansons, avant de s'enfermer dans l'ingénierie et se proclamer capitaine du vaisseau. L'infection continue à se propager par le biais du toucher à travers l'équipage, qui abandonne peu à peu ses postes, déstabilisant l'orbite du vaisseau qui tombe dans la gravité instable de la planète. La coque commence à se réchauffer.
McCoy cherche en vain un remède à la maladie. Spock est infecté à son tour par l'infirmière en chef Chapel, qui prend ses mains et lui révèle ses sentiments. Le Vulcain lutte en vain pour garder le contrôle de ses émotions.
Le chef-ingénieur Scott réussit à reprendre le contrôle de l'ingénierie, mais Riley a fermé les moteurs. Il informe Jim qu'il n'est pas possible de les relancer à temps par le biais des procédures normales avant que le vaisseau ne s'écrase sur la planète. Un redémarrage à froid avec un contrôle d'implosion matière-antimatière est possible, mais Spock est nécessaire.
McCoy étudie des échantillons de sang de ses patients et de l'eau de la planète : il découvre que celle-ci possède des molécules qui affectent les humanoïdes comme de l'alcool, faisant tomber leurs inhibitions. Il parvient à développer un remède.
Jim retrouve Spock en pleine tourmente : celui-ci souffre du conflit constant entre ses parts humaine et vulcaine, et de son incapacité à exprimer ses émotions, même envers sa mère. Cherchant à le faire réagir, Kirk le giffle : Spock admet avoir honte de leur amitié. Il le frappe encore : Spock le frappe à son tour, l’infectant lui aussi. Jim révèle souffrir des sacrifices qu'il a dû accepter dans sa vie personnelle pour devenir capitaine, notamment en terme d'amour. Malgré son rêve d'une vie normale, son grand amour demeure son vaisseau. Spock retrouve ses esprits et va aider Scotty.
Jim réussit à se trainer jusqu'à la passerelle, où McCoy administre le remède à chaque membre afin de leur permettre de reprendre le contrôle du vaisseau. Le capitaine lutte pour continuer à donner des ordres. Il se languit de la belle Janice Rand, qui lui est inaccessible.
Malgré le danger et le manque de temps, Kirk ordonne à Scotty de redémarrer complètement les moteurs à froid, un processus dangereux qui permettrait de créer une implosion contrôlée et permettre au vaisseau de s'éloigner de la planète, mais qui n'a jamais été tenté auparavant. Malgré le danger, l'opération est un succès, mais elle a pour conséquence inattendue de leur faire remonter le temps de trois jours. Spock commente qu'ils savent à présent comment remonter le temps. Le capitaine répond qu'ils le feront peut-être un jour, avant d'ordonner un changement de cap du vaisseau.
