Leonard Nimoy è diventato il primo membro del cast di Star Trek a dirigere un film della serie, dopo che il direttore di The Wrath of Khan, Nicholas Meyer, aveva rifiutato di tornare perché in disaccordo con i cambiamenti apportati al finale del suo film senza il suo consenso.
Harve Bennett ha scritto la sceneggiatura partendo dalla scena finale in cui Spock dice "Your name is... Jim" e ha lavorato all'indietro da quel punto, una tecnica mentale che lo ha guidato attraverso l'intera struttura narrativa.
Il presidente dello studio Michael Eisner era inizialmente riluttante ad assumere Nimoy come regista, credendo erroneamente che l'attore odiasse Star Trek e avesse preteso nel suo contratto che Spock fosse ucciso.
L'idea e il nome vulcaniano del "katra" sono nati dalle discussioni tra Bennett e Nimoy, durante le quali l'attore ha suggerito al produttore di fare riferimento all'episodio della serie televisiva "Amok Time" che suggeriva un alto livello di "trasferimento spirituale" tra i Vulcani.
L'idea che Kirk e la sua squadra tornassero al pianeta Genesis per recuperare il "nobile sé" di Kirk è nata dalla lettura di una poesia che Bennett aveva trovato in una rivista di fan di Star Trek.
Kirstie Alley, che aveva interpretato Saavik in The Wrath of Khan, non è tornata per riprendere il ruolo; Robin Curtis, arrivata a Los Angeles nel 1982, è stata consigliata dal responsabile del casting della Paramount e ha ricevuto l'incarico da Nimoy il giorno dopo l'audizione.
William Shatner ha dovuto dimagrire prima della produzione, ma continuando le riprese ha subito degli scivoloni dietetici richiedendo al reparto costumi di realizzare 12 camicie diverse per lui.
Dame Judith Anderson, a 87 anni, ha accettato il ruolo della sacerdotessa vulcaniana T'Lar; il costume è stato creato con un orlo lungo e scarpe rialzate che, insieme alla corona, le aggiungevano 6 pollici (15 cm) di altezza per farla sembrare appropriatamente regale.
George Takei inizialmente si è lamentato del fatto che il suo personaggio fosse chiamato "Tiny" da una guardia durante il film, argomentando con il produttore per far tagliare la battuta; tuttavia, dopo aver visto il primo screening, ha cambiato idea e si è scusato prontamente.
Il Spock rapidamente invecchiante, alle età di 9, 13, 17 e 25 anni, è stato interpretato successivamente da Carl Steven, Vadia Potenza, Stephen Manley e Joe W. Davis, con Frank Welker che ha fornito le grida di Spock e Steve Blalock come controfigura di Nimoy, per un totale di sette attori che hanno contribuito al ruolo.
Per proteggere i segreti di produzione dalle fughe di notizie che avevano preceduto la morte di Spock in The Wrath of Khan, Paramount ha preso precauzioni straordinarie: i set sono stati costruiti fuori sequenza, ai crew è stata data solo carta necessaria per ogni scena, e gli script sono stati chimicamente trattati in modo che le copie potessero essere rintracciate all'originale.
Il nome di Nimoy non è mai apparso sui fogli di chiamata, e Spock è stato indicato nello script come "Nacluv" (Vulcan deletterato), nonostante le precauzioni la distruzione dell'Enterprise è trapelata prima del rilascio del film.
La produzione è stata brevemente interrotta quando un incendio ha distrutto diversi palchi degli Paramount Studios; sebbene i pirotecnici del set siano stati inizialmente sospetti, la causa è stata stabilita come incendio doloso, e Shatner era tra i membri del cast che hanno afferrato i manichette antincendio per fermare le fiamme.
Il cinematografo Charles Correll ha dovuto utilizzare il film ad alta velocità Eastman 5294, uno dei primi film di negativo ad alta velocità mai utilizzato in un grande film, per ottenere una profondità di campo nitida con soli 50 foot-candles di illuminazione sugli interni del ponte.
Per la scena finale con i vermi alieni che evolvono rapidamente a partire da microbi, i vermi più piccoli sono stati creati iniettando vinile fuso "Hot-Melt" negli stampi di polimero epossidico immediatamente messi in acqua fredda per creare un prodotto traslucido; i vermi più grandi sono stati animati utilizzando vesciche pneumatiche che facevano passare l'aria attraverso tubi in sequenza.
La distruzione finale della nave Enterprise ha utilizzato diversi modelli più economici invece del modello originale da 150.000 dollari; George ha creato un modello leggero in polistirolo che è stato sciolto facendo gocciolare acetone sulla sezione del piattino dall'alto a meno di un fotogramma al secondo.
Il dispositivo di occultamento del Klingon Bird of Prey ha richiesto un nuovo effetto; il concetto originale prevedeva che gli strati della nave si formassero dall'interno verso l'esterno, ma ILM ha deciso che l'effetto appariva troppo "animate-looking" e Ralston ha optato per una sottile distorsione ottenuta sfasando le separazioni di colore.
James Horner è tornato come compositore per espandere i temi del film precedente, continuando il suo lavoro dalla colonna sonora di The Wrath of Khan.
Bibi Besch, che aveva interpretato la dott.ssa Carol Marcus in The Wrath of Khan, è stata esclusa dal film per motivi di budget e perché Bennett non poteva conciliare come Carol non avrebbe saputo dell'uso non etico di protomatter instabile nel dispositivo Genesis da parte di suo figlio; in una lettera dopo aver visto il film, Besch ha dichiarato di comprendere la decisione.
Il film è stato lanciato il 1º giugno 1984, incassando oltre 16 milioni di dollari nella sua prima settimana da quasi 2.000 sale in Nord America, per un totale di 76 milioni di dollari al botteghino nazionale e 87 milioni di dollari in tutto il mondo.
La reazione critica a The Search for Spock è stata generalmente positiva, sebbene notevolmente inferiore rispetto al film precedente; i revisori hanno generalmente elogiato il cast, la regia di Nimoy e i personaggi, mentre le critiche si sono concentrate sulla trama e gli effetti speciali sono stati ricevuti in modo conflittuale.
Roger Ebert ha definito il film un compromesso tra i toni del primo e del secondo film di Star Trek, riflettendo le sfide creative affrontate nel collegare le due diversi stili narrativi.
La creatura di Kruge, un cane-rettile derisoriamente chiamato "Fifi Rebozo" dal team degli effetti, è stata costruita utilizzando ritagli di parrucche economiche spruzzati con adesivo e applicati a gruppi su un corpo di marionetta dipinto; Ken Ralston si è nascosto dentro la poltrona di comando di Kruge per azionare la testa e il corpo della creatura.
Leonard Nimoy ha trovato la scena più difficile da dirigere quella in cui Leonard McCoy parla con lo Spock incosciente nella sala medica mentre si dirigeva verso Vulcano; con gli occhi chiusi di Nimoy nella scena, è stato difficile giudicare la qualità della ripresa e della performance dell'attore, ed è arrivato a "impazzire" DeForest Kelley.
