Sechs Monate nach dem Tod seiner Verlobten Batel stürzt sich Captain Pike in einen Dauereinsatz nach dem anderen, um seiner Trauer zu entkommen. Nach einer Hilfsmission bietet ihm Admiral Alex eine Beförderung zum Commodore an – doch Pike zögert, die Enterprise zu verlassen, und bittet um Bedenkzeit. Als Nächstes soll die Crew einen gewaltigen interstellaren Sturm der Kategorie 10 beobachten, dessen Energie die Grundbausteine des Universums enthält.
Ein Notsignal einer kosmischen Boje lockt das Schiff zu nah an den Sturm heran. Die Enterprise wird hineingezogen, Antrieb, Sensoren und Warpsysteme fallen aus, und das Schiff landet in einer unbekannten Region des Alls. Um den nötigen Treibstoff Iridium zu gewinnen, schickt Pike ein Außenteam aus Una, Ortegas und La'an per Shuttle auf einen nahen Planeten voller Schluchten und Urwälder – bewacht von einer schlafenden Echse, die gegen die Betäubungswaffen immun ist.
65 Millionen Jahre in der Vergangenheit
Spock bringt die Sensoren wieder online und erkennt die erschütternde Wahrheit: Die Enterprise befindet sich im eigenen Sonnensystem, aber 65 Millionen Jahre in der Vergangenheit. Der Planet ist die urzeitliche Erde, die schlafende Kreatur ein Tyrannosaurus Rex, und das fremde Schiff, das die Enterprise mit Energiefäden gefangen hält, wird von einer Marsianerin namens Kassel kommandiert – zu einer Zeit, als der Mars noch belebt war. Una gelingt es, den T-Rex ohne tödlichen Schuss auszuschalten, und das Team sichert eine Iridium-Zelle.
Kassel und ihre Wachen gelangen an Bord, indem sie schlicht durch die Schiffswände phasen. Pike führt sie durch die Enterprise und versucht, ihr die Werte der Sternenflotte zu erklären, ohne die Zeitlinie durch zu viele Informationen zu gefährden. Kassel bleibt misstrauisch und verlangt immer wieder Zugang zu den Waffensystemen: Ihr Volk führt Krieg gegen eine Spezies namens Dol'Drm, die einst ein Schiff in den Mars stürzte und dabei jenen 4.000 Kilometer langen Krater riss, der der Episode ihren Titel gibt – Valles Marineris.
Kassel stiehlt die Antimaterie-Zelle der Enterprise und erfährt, dass die Sternenflotte aus einer fernen Zukunft stammt, in der der Mars eine tote Wüste ist. Sie plant, die Zelle als Antimateriebombe auf die Heimatwelt der Dol'Drm zu werfen. Die Crew ist entsetzt über den drohenden Völkermord – doch weil der Dol'Drm-Planet in ihrer Zeit nicht mehr existiert, dürfen sie nicht eingreifen, ohne die Geschichte zu zerstören.
Die kombinierte Energie der Detonation und des berstenden Planetenkerns liefert genau die Kraft, um die quantenmechanische Verankerung in der Vergangenheit zu lösen. Ortegas fliegt die Enterprise dicht genug an die Druckwelle heran, um die Energie aufzunehmen, und bringt die Crew in ihre eigene Zeit zurück. Wie sich zeigt, wurden die Trümmer des zerstörten Planeten später zu jenem Asteroiden, der die Dinosaurier auslöschte, und zum Asteroidengürtel; die Nachbeben formten die Umlaufbahnen von Erde und Mars so, dass menschliches Leben entstehen konnte. Zurück in der Gegenwart lehnt Pike die Beförderung ab, um Captain der Enterprise zu bleiben – befördert dafür aber Una Chin-Riley zum Commander.
