Leonard Nimoy se convirtió en el primer miembro del elenco de Star Trek en dirigir una película de la serie, después de que Nicholas Meyer, el director de The Wrath of Khan, se negara a volver porque no estaba de acuerdo con los cambios realizados en el final de su película sin su consentimiento.
Harve Bennett escribió el guion a partir de la escena final en la que Spock dice "Your name is... Jim" y trabajó hacia atrás desde ese punto, una técnica mental que lo guió a través de toda la estructura narrativa.
El presidente del estudio Michael Eisner inicialmente se mostró reacio a contratar a Nimoy como director, creyendo erróneamente que el actor odiaba Star Trek y había exigido en su contrato que Spock fuera asesinado.
La idea y el nombre vulcaniano del "katra" surgieron de las conversaciones entre Bennett y Nimoy, durante las cuales el actor sugirió al productor que hiciera referencia al episodio de la serie de televisión "Amok Time" que sugería un alto nivel de "transferencia espiritual" entre los Vulcanos.
La idea de que Kirk y su equipo regresaran al planeta Génesis para recuperar el "yo noble" de Kirk surgió de la lectura de un poema que Bennett había encontrado en una revista de fans de Star Trek.
Kirstie Alley, quien interpretó a Saavik en The Wrath of Khan, no volvió para retomar el papel; Robin Curtis, que había llegado a Los Ángeles en 1982, fue recomendada por el director de casting de Paramount y fue contratada por Nimoy al día siguiente de la audición.
William Shatner tuvo que adelgazar antes de la producción, pero continuando con las grabaciones experimentó algunos deslices dietéticos que requirieron que el departamento de vestuario confeccionara 12 camisas diferentes para él.
Dame Judith Anderson, a los 87 años, aceptó el papel de la sacerdotisa vulcaniana T'Lar; el traje fue creado con un dobladillo largo y zapatos de tacón que, junto con la corona, le agregaban 6 pulgadas (15 cm) de altura para que pareciera apropiadamente regia.
George Takei inicialmente se quejó de que su personaje fuera llamado "Tiny" por una guardia durante la película, argumentando con el productor para que cortara la línea; sin embargo, después de ver la primera proyección, cambió de opinión y se disculpó prontamente.
El Spock que envejecia rápidamente, a las edades de 9, 13, 17 y 25 años, fue interpretado sucesivamente por Carl Steven, Vadia Potenza, Stephen Manley y Joe W. Davis, con Frank Welker proporcionando los gritos de Spock y Steve Blalock como doble de Nimoy, para un total de siete actores que contribuyeron al papel.
Para proteger los secretos de producción de las filtraciones que habían precedido la muerte de Spock en The Wrath of Khan, Paramount tomó precauciones extraordinarias: los platós fueron construidos fuera de secuencia, a la tripulación se le dio solo el papel necesario para cada escena, y los guiones fueron tratados químicamente para que las copias pudieran rastrearse hasta el original.
El nombre de Nimoy nunca apareció en las hojas de llamada, y Spock fue designado en el guion como "Nacluv" (Vulcano deletreado), a pesar de las precauciones, la destrucción del Enterprise se filtró antes del lanzamiento de la película.
La producción fue brevemente interrumpida cuando un incendio destruyó varios platós de Paramount Studios; aunque los pirotecnistas del set fueron inicialmente sospechosos, la causa fue determinada como incendio intencional, y Shatner estaba entre los miembros del elenco que tomaron mangueras contra incendios para detener las llamas.
El camarógrafo Charles Correll tuvo que utilizar película Eastman 5294 de alta velocidad, uno de los primeros negativos de alta velocidad jamás utilizados en una película importante, para obtener una profundidad de campo nítida con solo 50 velas-pie de iluminación en los interiores de la cubierta de mando.
Para la escena final con gusanos alienígenas que evolucionaban rápidamente a partir de microbios, los gusanos más pequeños fueron creados inyectando vinilo fundido "Hot-Melt" en moldes de resina epoxi y poniéndolos inmediatamente en agua fría para crear un producto translúcido; los gusanos más grandes fueron animados utilizando vejigas neumáticas que hacían pasar aire a través de tubos en secuencia.
La destrucción final de la nave Enterprise utilizó varios modelos más económicos en lugar del modelo original de 150.000 dólares; George creó un modelo ligero de poliestireno que fue disuelto dejando caer acetona en la sección del platillo desde arriba a menos de un fotograma por segundo.
El dispositivo de camuflaje del Pájaro de Presa Klingon requirió un nuevo efecto; el concepto original preveía que las capas de la nave se formaran de adentro hacia afuera, pero ILM decidió que el efecto se veía demasiado "animate-looking" y Ralston optó por una sutil distorsión óptica obtenida desfasando las separaciones de color.
James Horner regresó como compositor para expandir los temas de la película anterior, continuando su trabajo de la banda sonora de The Wrath of Khan.
Bibi Besch, quien interpretó a la Dra. Carol Marcus en The Wrath of Khan, fue excluida de la película por razones de presupuesto y porque Bennett no podía conciliar cómo Carol no habría sabido del uso no ético de protomatter inestable en el dispositivo Génesis por parte de su hijo; en una carta después de ver la película, Besch declaró que comprendía la decisión.
La película fue lanzada el 1 de junio de 1984, recaudando más de 16 millones de dólares en su primera semana en casi 2.000 salas en América del Norte, para un total de 76 millones de dólares en la taquilla nacional y 87 millones de dólares en todo el mundo.
La reacción crítica a The Search for Spock fue generalmente positiva, aunque notablemente inferior en comparación con la película anterior; los críticos generalmente elogiaron al elenco, la dirección de Nimoy y los personajes, mientras que las críticas se concentraron en la trama y los efectos especiales fueron recibidos de manera conflictiva.
Roger Ebert definió la película como un compromiso entre los tonos de la primera y segunda películas de Star Trek, reflejando los desafíos creativos enfrentados al conectar los dos estilos narrativos diferentes.
La criatura de Kruge, un perro-reptil despectivamente llamado "Fifi Rebozo" por el equipo de efectos, fue construida utilizando recortes de pelucas económicas rociadas con adhesivo y aplicadas en grupos sobre un cuerpo de marioneta pintado; Ken Ralston se escondió dentro de la silla de comando de Kruge para operar la cabeza y el cuerpo de la criatura.
Leonard Nimoy encontró la escena más difícil de dirigir aquella en la que Leonard McCoy habla con el Spock inconsciente en la sala médica mientras se dirigía hacia Vulcano; con los ojos cerrados de Nimoy en la escena, fue difícil juzgar la calidad de la toma y la actuación del actor, y llegó a "enloquecer" a DeForest Kelley.
