Depois da segunda temporada, a NBC pretendia cancelar a série devido aos baixos índices de audiência. Os telespectadores inundaram a emissora com cartas protestando e pedindo a renovação do programa. A NBC concordou em produzir a terceira temporada e prometeu a Gene Roddenberry que o programa iria ao ar em horário favorável mas mudou a programação e o colocou no chamado "horário da morte": 22hs das sextas-feiras. O orçamento foi também seriamente cortado. O eventual cancelamento era "uma profecia auto-realizável".
A temporada final começou em setembro de 1968 com "O Cérebro de Spock". Incluiu também "A Teia dos Tholianos", episódio em que Kirk fica preso entre dois universos. Este episódio seria revisitado em 2005 no episódio "In a Mirror, Darkly", da série "Star Trek: Enterprise". O último episódio da série, "O Intruso", foi exibido em 3 de junho de 1969. Star Trek acabaria por voltar à televisão na forma de animação em setembro de 1973 com "Star Trek: The Animated Series".
A USS Enterprise é invadida por uma força alienígena que rouba o cérebro de Spock, fazendo com que Kirk e McCoy entrem em uma corrida desesperada para recuperá-lo.
Aparentemente agindo de forma agitada e irracional, Kirk inexplicavelmente ordena que a Enterprise cruze a Zona Neutra até o espaço romulano, onde ela é capturada e Kirk é levado como prisioneiro para a nave inimiga.
Um misterioso dispositivo alienígena em um planeta com uma cultura predominantemente nativa americana apaga a memória do capitão Kirk, e ele começa a viver com eles como um membro da tribo.
A tripulação da Enterprise resgata um grupo de crianças presas em um planeta, junto com seu perigoso amigo "imaginário".
A Enterprise viaja com um embaixador alienígena que deve ficar dentro de uma mala especial preta porque sua aparência causa insanidade.
Depois de transgredirem as regras de um planeta alienígena, o Capitão Kirk, Spock, McCoy, Scotty e Chekov são forçados a reencenar o famoso tiroteio do Curral O.K., porém eles estão no lado perdedor da disputa.
Uma forma de vida alienígena, não corpórea e baseada em energia, que se alimenta de emoções negativas (como medo, raiva, ódio), faz a tripulação da Enterprise entrar em um conflito brutal contra uma nave klingon.
Quando McCoy descobre que está morrendo de uma doença incurável, a tripulação da Enterprise corre para impedir que um asteroide colida com um planeta da Federação, apenas para descobrir que o asteroide é, na verdade, uma nave alienígena disfarçada. Eles descobrem uma civilização inteira vivendo dentro da nave que acreditam estar na verdade em um planeta, cujo "Oraculo" proíbe qualquer tentativa para descobrir a verdade.
Ao tentar resgatar a nave estelar USS Defiant, o Capitão Kirk desaparece quando a nave morta é puxada para o interespaço. A Enterprise é então atacada pela espécie local, os tolianos. Os episódios "Em um espelho, escurecido", de Jornada nas Estrelas: Enterprise, servem como continuação deste episódio.
A tripulação da Enterprise encontra uma intemporal e maliciosa espécie de humanoides psíquicos que afirmam ter organizado sua sociedade com base nos ideais da Grécia Antiga.
Alienígenas invisíveis e "acelarados no tempo" assumem o comando da Enterprise para abduzir a tripulação para serem usados como "estoque genético".
Enquanto visitam um planeta condenado, o grupo de desembarque se torna cobaia de experimentos torturosos para testar uma espécie empática.
O Capitão Kirk transporta um princesa mimada, que deve levar paz, para um sistema planetário em guerra.
O Capitão Kirk visita um hospício e confronta um insano capitão de nave estelar que acredita estar destinado a controlar o universo.
A Enterprise encontra os dois últimos sobreviventes de um planeta devastado pela guerra, que ainda estão determinados a destruir um ao outro abordo da nave.
Uma espécie de alienígenas de um planeta superpovoado sequestra o Capitão Kirk para tentar resolver seus problemas.
A tripulação da Enterprise visita um posto abandonado guardado por um misterioso computador.
Uma estranha forma de vida alienígena baseada em energia ameaça destruir a estação Memory Alpha e a Enterprise.
A tripulação da Enterprise encontra um humano imortal que vive de forma reclusa em seu próprio planeta.
A Enterprise é sequestrada por um médico criminoso e seus leais seguidores que tentam encontrar o paraíso.
Kirk corre contra o tempo para adquirir minerais para lutar contra uma praga que está infestando um planeta à beira de uma guerra civil.
Alienígenas forçam Kirk e Spock a batalhar vilões ilusórios em um teste de bem contra o mal.
Kirk, Spock e McCoy ficam presos no passado de um mundo ameaçado por uma supernova.
A consciência de Kirk fica presa no corpo de uma mulher que está determinada a matá-lo e assumir o comando da Enterprise enquanto habita o corpo do Capitão.
Esta temporada ainda não possui avaliações da crítica.
Esta temporada ainda não possui avaliações do público.