El programa continúa las aventuras de Star Trek, esta vez con la nueva tripulación del USS Enterprise (NCC-1701-D), una nave estelar de clase Galaxia. Con Patrick Stewart interpretando al protagonista, Capitán Jean-Luc Picard, Jonathan Frakes interpretando a su mano derecha (William Riker) y otros tripulantes como el Klingon Worf (Michael Dorn) o el androide Data (Brent Spiner). Como buque insignia de la Federación Unida de Planetas, el Enterprise está diseñado para la exploración y la diplomacia, pero también está preparado para la batalla si es necesario.

Como en la serie original, la tripulación del Enterprise-D se enfrenta a razas nuevas, poderosas y tecnológicamente avanzadas.

La trama de muchos episodios gira en torno a viajes en el tiempo, problemas personales de los protagonistas, catástrofes naturales en la galaxia o en planetas, y otros argumentos que no requieren necesariamente la aparición de alienígenas.

La tripulación del Enterprise es más partidaria de las negociaciones pacíficas como medio de resolución de conflictos que sus predecesores en TOS.

La Primera Directiva está presente con más frecuencia y debe seguirse estrictamente; establece que la Federación no debe interferir en el desarrollo de culturas cuyo nivel tecnológico no les permita viajar por el espacio interestelar. La necesidad de seguir la Directiva Primaria suele provocar conflictos entre los protagonistas sobre si necesitan ayuda de razas que no superan la velocidad de la luz (velocidad "warp").

Otra diferencia importante entre "TOS" y "TNG" es la continuidad de las tramas entre episodios, es decir, los acontecimientos de un episodio determinan las situaciones de los siguientes.

Uno de los personajes recurrentes es Q, que abre y cierra la serie, siendo el mayor antagonista de la raza humana en "Encounter at Farpoint" y trabajando con Picard en un último esfuerzo por salvar a la raza en "All Good Things".

Su jovialidad, curiosidad y sentido del humor únicos, su valentía y sentido del honor le convierten en el antagonista perfecto para Picard y su tripulación, representando todo lo que la raza humana no es.

Otros personajes secundarios pero recurrentes en TNG que desarrollan sus propias subtramas son la alférez Ro y el teniente Barkley. Ambos personajes comparten serios problemas de integración, el primero por factores culturales y el segundo por falta de habilidades sociales que acaban superando gracias a la tolerancia y el respeto hacia la otredad del resto de la tripulación.

Razas presentes en la serie original reaparecen en TNG, como:

Los klingons: La Federación mantiene ahora una alianza con los klingons, que antes eran enemigos, a pesar de las persistentes diferencias culturales y algunas disputas.

Poco después de su llegada, Sisko descubre un agujero de gusano estable en el espacio bajorano entre el Cuadrante Alfa y el inexplorado Cuadrante Gamma, y la estación es trasladada cerca de la entrada del agujero de gusano. El agujero de gusano es el hogar de poderosos alienígenas no corpóreos a los que los bajoranos veneran como "los Profetas". Sisko es venerado por los bajoranos como "Emisario" de los Profetas; aunque al principio se siente incómodo por ser una figura religiosa, poco a poco acepta su papel.

Espacio Profundo Nueve y Bajor se convierten rápidamente en un centro de exploración, comercio interestelar, maniobras políticas y, finalmente, conflicto abierto. Las amenazas provienen no solo de cardassianos, klingons y romulanos del cuadrante Alfa, sino también del Dominio, un poderoso imperio del cuadrante Gamma gobernado por una raza de cambiantes. La nave estelar USS Defiant es asignada para ayudar a proteger la estación. Cuando el Dominio y los cardassianos se alzan en armas contra la Federación y sus aliados a partir de la quinta temporada, Espacio Profundo Nueve se convierte en una base clave de la Federación en la Guerra del Dominio.

Según el co-creador Berman, él y Piller consideraron ambientar la nueva serie en un planeta colonia, pero decidieron que una estación espacial atraería más a los espectadores y ahorraría el dinero necesario para el rodaje en tierra. No querían que la serie se ambientara en una nave estelar porque Star Trek: The Next Generation aún estaba en fase de producción y, en palabras de Berman, "parecía ridículo tener dos series -dos elencos de personajes- que fueran a donde nadie había ido antes".

Mientras que sus predecesoras tendían a restablecer el statu quo anterior al final de cada episodio, permitiendo un visionado fuera de orden, DS9 contiene arcos argumentales que abarcan episodios y temporadas. A menudo, una entrega se basa en otras anteriores, con varios finales con cliffhanger. Michael Piller consideraba que esta era una de las mejores cualidades de la serie, ya que permitía que las repercusiones de episodios anteriores influyeran en acontecimientos futuros y obligaba a los personajes a "aprender que las acciones tienen consecuencias". Esta tendencia fue especialmente notable hacia el final de la serie, cuando el guion se convirtió intencionadamente en un serial.

A diferencia de Star Trek: The Next Generation, los conflictos interpersonales ocuparon un lugar destacado en DS9. Esto fue a sugerencia de los guionistas de Star Trek: The Next Generation, muchos de los cuales también escribieron para DS9, quienes dijeron que la prohibición de Roddenberry de conflictos dentro de la tripulación restringía su capacidad de escribir historias dramáticas convincentes.

En palabras de Piller, "la gente que viene de sitios diferentes -gente honorable y noble- tendrá conflictos de forma natural". La serie adoptaba una visión más cínica de la naturaleza humana y de la Federación Unida de Planetas que la visión utópica presentada en The Next Generation y, a diferencia de su predecesora, presentaba personajes principales que no pertenecían a la Federación y podían ofrecer una perspectiva alternativa.

Mientras se encuentra en las Tierras Baldías, la Voyager es envuelta por una poderosa ola de energía que mata a varios de sus tripulantes, daña la nave y la deja varada en el Cuadrante Delta de la galaxia, a más de 70.000 años luz de la Tierra. La onda no era un fenómeno natural. De hecho, fue utilizada por una entidad alienígena conocida como el Cuidador para arrastrar a la Voyager al Cuadrante Delta. El Cuidador es responsable del cuidado continuado de los Ocampa, una raza de alienígenas nativos del Cuadrante Delta, y ha estado abduciendo a otras especies de toda la galaxia en un esfuerzo por encontrar un sucesor.

La nave Maquis también fue arrastrada al Cuadrante Delta, y finalmente las dos tripulaciones acuerdan a regañadientes unir sus fuerzas después de que la estación espacial Caretaker sea destruida en una batalla espacial campal con otra especie alienígena local, los Kazon. Chakotay, líder del grupo Maquis, es nombrado primer oficial de la Voyager. B'Elanna Torres, una maquis mitad humana/mitad klingon, se convierte en ingeniera jefe, y Paris en oficial del timón de la Voyager.

Debido a la muerte de todo el personal médico de la nave, el Doctor, un holograma médico de emergencia diseñado solo para uso a corto plazo, es contratado como médico jefe a tiempo completo. Los nativos del Cuadrante Delta Neelix, un carroñero Talaxiano, y Kes, una joven Ocampa, son bienvenidos a bordo como el chef oficial de la nave y el asistente médico del Doctor.

Debido a su gran distancia del espacio de la Federación, el Cuadrante Delta está inexplorado por la Flota Estelar, y la Voyager está realmente yendo donde ningún humano ha ido antes. A medida que emprenden su proyectado viaje de 75 años a casa, la tripulación atraviesa regiones pertenecientes a diversas especies: los bárbaros y beligerantes Kazon; los Vidiians, recolectores de órganos y devastados por enfermedades; la raza nómada de cazadores Hirogen; la temible Especie 8472 del espacio fluídico; y más notablemente los Borg, que controlan grandes áreas del espacio que la Voyager tiene que atravesar en temporadas posteriores.

También se encuentran con peligrosos fenómenos naturales, una zona nebulosa llamada la Expansión Nekrit ("Comercio Justo", tercera temporada), una gran zona de espacio vacío llamada el Vacío ("Noche", quinta temporada), agujeros de gusano, nebulosas peligrosas y otras anomalías.

Voyager es la tercera serie de Star Trek en la que aparece Q, un alienígena omnipotente, y la segunda de forma recurrente, ya que Q solo hizo una aparición en Star Trek: Espacio Profundo Nueve. La Comandancia de la Flota Estelar se entera de la supervivencia de la Voyager cuando la tripulación descubre una antigua red de comunicaciones interestelar, reclamada por los Hirogen, a la que pueden acceder. Esta red de retransmisión es posteriormente desactivada, pero gracias a los esfuerzos del Teniente Reginald Barclay, con base en la Tierra, la Flota Estelar establece finalmente un contacto regular en el episodio de la sexta temporada "Pathfinder", utilizando una matriz de comunicaciones y tecnología de microagujeros de gusano.

En los dos primeros episodios de la cuarta temporada de la serie, Kes abandona la nave tras una transformación extrema de sus capacidades mentales, mientras que Siete de Nueve (conocida coloquialmente como Seven), un dron borg que fue asimilado cuando era una niña humana de seis años, es liberada del colectivo y se une a la tripulación de la Voyager.

A medida que avanza la serie, Siete empieza a recuperar su humanidad con la ayuda constante de la capitana Janeway, que le enseña que las emociones, la amistad, el amor y el cariño son más importantes que la estéril "perfección" que propugnan los borg. El Doctor también se vuelve más humano, en parte gracias a un holoemisor móvil que la tripulación obtiene en la tercera temporada y que le permite salir de los confines de la enfermería e incluso de la propia nave. Descubre su amor por la música y el arte, que demuestra en el episodio "Virtuoso".

En la sexta temporada, la tripulación descubre a un grupo de alienígenas adolescentes asimilados por los borg, pero liberados prematuramente de sus cámaras de maduración debido a un fallo en su cubo borg. Al igual que hizo con Siete de Nueve, el Doctor rehumaniza a los niños; Azan, Rebi y Mezoti, tres de los cuales encuentran finalmente un nuevo hogar adoptivo, mientras que el cuarto, Icheb, elige permanecer a bordo de la Voyager.

La vida de la tripulación de la Voyager evoluciona durante su largo viaje. Los traidores Seska y Michael Jonas son descubiertos en los primeros meses ("State of Flux", "Investigations"); miembros leales de la tripulación se pierden al final del viaje; y otros oficiales díscolos de la Flota Estelar se integran en la tripulación. En la segunda temporada, nace la primera niña a bordo de la nave, la alférez Samantha Wildman; mientras crece rápidamente debido a la biología alienígena, Naomi Wildman se hace gran amiga de su padrino, Neelix, y desarrolla una inesperada y estrecha relación con Siete de Nueve.

A principios de la séptima temporada, Tom Paris y B'Elanna Torres se casan tras un largo noviazgo, y Torres da a luz a su hija, Miral Paris, en el final de la serie. A finales de la séptima temporada, la tripulación encuentra una colonia de talaxianos en un asentamiento improvisado en un campo de asteroides, y Neelix decide despedirse de la Voyager y vivir de nuevo entre su gente.

El Enterprise fue equipado intencionadamente con tecnologías menos avanzadas que las vistas en series anteriores (que ocurrieron más tarde en la línea temporal de Star Trek). No tenía rayo tractor, pero usaba cables grappler; y utilizaba misiles en lugar de armas de partículas; en la Temporada, se añadieron cañones de fase, similares a los del Enterprise en La Serie Original. Solamente disponía de medios limitados para sintetizar alimentos y otros artículos consumibles. La pericia lingüística de la oficial de comunicaciones, Hoshi Sato ayuda a compensar la falta del avanzado traductor universal.

La serie también mostró a la tripulación haciendo los primeros contactos con una serie de razas previamente vistas en la franquicia. Los klingon, que aparecen en el piloto "Broken Bow", tienen el maquillaje estriado visto en la franquicia cinematográfica y a partir de Star Trek: The Next Generation (excluyendo Star Trek: Discovery), en lugar de las versiones de cabeza lisa vistas en Star Trek: The Original Series.

Berman y Braga atribuyeron este cambio a los avances en maquillaje, y consideraron que tales contradicciones en la continuidad eran inevitables. El cambio de aspecto de los klingons se justificó finalmente atribuyéndolo a una plaga causada por experimentos genéticos. La electrónica del Enterprise también era más compacta que la de series anteriores (futuras), ya que los avances en la tecnología del mundo real hacían que los dispositivos vistos en La Serie Original y Voyager parecieran anacrónicamente sobredimensionados.

La primera temporada de la serie se centró en un trío central de personajes: Jonathan Archer, T'Pol y Trip Tucker. Otros personajes principales tuvieron papeles principales en episodios concretos, como "Querido Doctor" y "Lucha o Huye". En la segunda temporada se profundizó en las relaciones entre los personajes, por ejemplo, la amistad entre Tucker y Reed, que se ve en episodios como "Dos días y dos noches"; y la relación entre Tucker y T'Pol, que comienza de forma contenciosa, pero desemboca en romance en temporadas posteriores.

-Jonathan Archer, interpretado por Scott Bakula, es el capitán de la primera nave Warp 5 de la Tierra, el Enterprise. Su padre, Henry, diseñó el motor, por lo que Archer tiene un vínculo personal con su nave. El productor ejecutivo Rick Berman lo imaginó como un cruce entre Chuck Yeager y Han Solo, mientras que Brannon Braga dijo que era más "relajado y cercano". Al principio, el personaje tenía prejuicios contra los vulcanos, pero se suavizaron con el tiempo.

-T'Pol, interpretada por Jolene Blalock, es la Oficial Científica del Enterprise, originalmente asignada al Enterprise por el Alto Mando Vulcano para mantener a los humanos fuera de problemas. Se vuelve leal a Archer, dejando su puesto en el Alto Mando para acompañarle a encontrar a los Xindi, y más tarde se une a la Flota Estelar. En temporadas posteriores, entabla una relación romántica con Tucker.

-Trip Tucker, interpretado por Connor Trinneer, es el ingeniero jefe del Enterprise y un viejo amigo del capitán Archer. Comienza la serie con una personalidad conservadora y modesta, pero se vuelve más experimentado y franco a medida que avanza la serie. En temporadas posteriores, entabla una relación romántica con T'Pol.

-Malcolm Reed, interpretado por Dominic Keating, es el Oficial Táctico del Enterprise, también a cargo de la seguridad de la nave. Reed proviene de un largo linaje de hombres de la Marina Real, pero se unió a la Flota Estelar debido a su miedo a ahogarse. Hombre extremadamente taciturno, su propia familia, al preguntarles, no pudieron nombrar su comida favorita (la piña).

-Hoshi Sato, interpretada por Linda Park, es la oficial de comunicaciones del Enterprise y un genio lingüístico. Capaz de aprender idiomas alienígenas con extrema rapidez, Hoshi sirve de intérprete entre la tripulación del Enterprise y las nuevas especies alienígenas, incluso después de que el traductor universal esté en línea. Al principio sufría ansiedad por su lugar a bordo, pero la exposición a frecuentes peligros la ayudó a darse cuenta de su valor para la nave. Su confianza aumenta hasta el punto de que Archer la deja al mando del Enterprise y ella se enfrenta al Presidente de la Tierra Unida en "These Are The Voyages...".

-Travis Mayweather, interpretado por Anthony Montgomery, es el timonel del Enterprise. Travis es un "búmeran espacial" único en el Enterprise, ya que nació en el espacio. Hijo del capitán de un carguero, Travis conoce muchas de las especies alienígenas, así como los sitios que frecuentan los comerciantes de la Tierra. A medida que el Enterprise se aleja cada vez más de la Tierra, su valor en este campo disminuye, pero su habilidad al timón es constantemente apreciada, lo que le convierte en el piloto elegido para muchas misiones.

-Phlox, interpretado por John Billingsley, es el médico de la nave (no el oficial médico jefe, ya que no pertenece a la Flota Estelar) del Enterprise. Miembro denobulano del Intercambio Médico Interespecies, es traído a bordo del Enterprise para atender al pasajero klingon durante la primera misión de la nave.

La USS Discovery encuentra a la Federación fragmentada en el futuro, e investiga la causa de un cataclismo conocido como la "Quema" en la tercera temporada. Burnham es ascendida a capitana del Discovery al final de la temporada, y en la cuarta la tripulación ayuda a reconstruir la Federación mientras se enfrenta a una anomalía espacial creada por alienígenas desconocidos que causa destrucción en toda la galaxia. En la quinta temporada, el Discovery emprende una aventura galáctica para encontrar un misterioso poder ancestral que otros grupos peligrosos también están buscando.

-Sonequa Martin-Green como Michael Burnham: