L'USS Enterprise est en besoin urgent de repos après les trois derniers mois difficiles. Le capitaine Kirk est particulièrement fatigué, mais refuse de prendre du repos. Une équipe, composée du Dr McCoy, et des lieutenants Sulu, Rodriguez, et Angela Martine, a été envoyée explorer une planète magnifique semblable à la Terre, afin de savoir si l'équipage peut s'y reposer. McCoy trouve qu'elle lui rappelle le conte d'Alice au Pays des merveilles. Alors que Sulu s'éloigne pour prendre des relevés, le docteur est confronté à une apparition du Lapin blanc, suivi d'Alice.
Le capitaine Kirk fait son rapport dans son quartier. Sa secrétaire, Barrows, remarque qu'il ne fait pas partie des membres d'équipage envoyés en repos. Kirk ne s'estime pas suffisamment fatigué. Spock le rejoint pour organiser avec lui les congés de l'équipage : le Premier Officier ne descendra pas non plus, car pour un Vulcain, se reposer signifie l'arrêt complet des fonctions vitales. Ils sont contactés par McCoy, qui leur révèle ce qu'il a vu, mais Jim pense amusé qu'il veut le manipuler pour le faire descendre. Spock lui fait part du cas d'un membre d'équipage épuisé refusant de prendre du repos. Jim ordonne qu'il descende à terre, et demande son nom. Il s'agit de... Jim Kirk.
Sur la planète, le lieutenant Rodriguez est pressé de finir son travail, pendant qu'Angela préférerait explorer les lieux. Ils sont rejoints par le capitaine et sa secrétaire, et reçoivent l'ordre de finir leur travail avant d'aller s'amuser. Jim et Barrows se mettent à la recherche de McCoy, appréciant la beauté du lieu. Le docteur leur montre d'immenses traces de pattes de lapin, prouvant qu'il n'est pas fou. Kirk, inquiet, ordonne à Uhura que personne ne descende tant qu'ils n'ont pas trouvé d'explication. C'est alors que le trio entend des coups de feu : Sulu a découvert un vieux revolver datant du XXe siècle, dont il a toujours rêvé. Kirk le lui confisque. Barrows trouve d'autres traces de pattes de lapin. Kirk est perplexe, car les scans de la planète ne montraient aucun signe de vie. Kirk ordonne à Barrows et Sulu d'enquêter sur les traces, pendant que lui et McCoy retournent à la clairière. Sans le savoir, le groupe est scanné par un étrange outil ressemblant à une antenne de télé cachée dans le sol.
Kirk commente l'étrangeté des évènements. McCoy rappelle que cela pourrait être pire, il pourrait être celui qui a vu le lapin. Jim pense qu'il se sent personnellement persécuté, ce que McCoy admet. Le capitaine se souvient avoir subi des mauvaises blagues similaires à l'Académie, de la part d'un cadet s'appelant Finnegan, qui ne supportait pas son sérieux. Il aperçoit davantage de traces : McCoy suit celles du lapin, et lui celles d'Alice. Quel n'est pas son choc lorsqu'elles le mènent à Finnegan, semblable en tout point à ce qu'il était quinze ans avant ! Celui-ci profite de son choc pour le frapper, le poussant à se venger comme il en a toujours eu envie. Kirk commence à lui rendre ses coups, mais s'interrompt lorsqu'il entend Barrows hurler.
Celle-ci a été agressée violemment par une apparition semblable à Don Juan. Elle venait de s'émerveiller sur l'aspect fictionnel de la planète, et pensait à ce personnage. Sulu est parti à la poursuite de son agresseur. Kirk le suit, pendant que McCoy reste avec elle. Sur son chemin, il aperçoit des fleurs qui lui rappellent quelque chose. Une femme magnifique apparaît alors. Stupéfait, Kirk l'appelle Ruth, ce qu'elle confirme être, avant de l'embrasser sur la joue.
Distrait par sa présence, Kirk essaie de contacter McCoy, tout en s'interrogeant sur la présence de son ancien amour. Lorsque le médecin lui répond, le capitaine commente que Sulu va sûrement bien, avant de couper la discussion. Il revient à ses esprits lorsque Rodriguez le contacte, l'informant de la présence d'oiseaux, ce qui est impossible. Il ordonne à tout le monde de le rejoindre à la clairière, avant de quitter Ruth, bouleversé.
Spock l'informe avoir détecté un champ de force de type industriel qui entoure la planète, et brouille les communications. Pendant ce temps, McCoy et Barrows explorent les lieux. Un peu remise, Barrows commente que dans un tel lieu, une femme devrait porter une tenue de princesse. Le docteur commente qu'elle aurait encore plus de Don Juan à ses trousses, lui inclus. Tous deux flirtent, avant que Barrows ne découvre la robe dont elle rêvait. Elle se change, en même temps qu'ils continuent à flirter. McCoy est contacté par Rodriguez, mais la communication passe mal : lui et Angela sont menacés par un tigre.
Kirk réclame à Spock une explication scientifique à la folie ambiante, et rejette l'idée d'une hallucination. Il refuse de faire venir des officiers de sécurité. Il retrouve ensuite Sulu, poursuivi par un samourai. Tous deux découvrent que leurs phasers et leurs communicateurs ne marchent plus. Spock, cependant, parvient à employer le peu d'énergie restante dans le téléporteur pour les rejoindre. Il a découvert qu'un bouclier bloque l'énergie sur la planète. Ils sont coincés. Kirk ordonne aux deux hommes de trouver la source d'énergie.
Le groupe se retrouve à la clairière, et assiste choqué à l'assassinat de McCoy, tué par un chevalier noir. Kirk l'abat avec le revolver de Sulu. Barrows perd pied, forçant l'intervention du capitaine pour la calmer. Sulu découvre que le chevalier est un mannequin. Pendant ce temps, Rodriguez et Angela sont attaqués par un avion japonais de la Seconde Guerre mondiale. La jeune femme s'effondre, blessée. Alors que le reste du groupe est distrait par l'avion, les corps du docteur et du chevalier noir disparaissent. Spock en conclut que ces constructions sont aussi réelles que mortelles. Il interroge le capitaine sur ce à quoi il pensait avant de voir ses apparitions. Kirk confirme qu'il pensait à Finnegan, qui réapparaît.
Furieux, Kirk se lance à sa poursuite, et ordonne à Spock de rejoindre Sulu et de retrouver le corps de McCoy. Après une longue course-poursuite, une bagarre éclate avec Finnegan, que Kirk finit par gagner. Celui-ci réalise combien cela compense la souffrance que l'autre homme lui avait fait endurer, un fait sur lequel Spock insiste en le retrouvant. Kirk réalise alors qu'ils voient apparaître des choses et personnes auxquelles ils viennent de penser. Quelqu'un lit leurs pensées et crée des machines en conséquences. Ils rejoignent le groupe à la clairière, et Kirk leur ordonne de ne penser à rien.
Un vieil homme apparaît alors et révèle être en charge de la planète, qui est un parc d'attraction. McCoy n'est pas mort, et réapparaît au bras de deux charmantes danseuses rencontrées sur Rigel II, provoquant la jalousie de Barrows qui se hâte de le récupérer. Le gardien leur offre l'hospitalité, mais les prévient de faire attention à leurs pensées. Il refuse d'expliquer qui est son peuple, ne les pensant pas prêts à comprendre. Kirk ordonne de faire descendre l'équipage, et choisit de rester lorsque Ruth réapparaît.
De retour sur le vaisseau, Spock demande à Kirk et McCoy s'ils sont reposés, ce qu'ils confirment. Le capitaine ordonne ensuite à Sulu de quitter ce bien étrange monde.
