Amerika'da birçok yerde ırkçılığın köklü olduğu bir zamanda Roddenberry ırk ayrımcılığının ve seksizm'in olmadığı bir 23. yüzyıl hayal ederek çok-ırklı ve farklı cinsiyetlerden oluşan bir mürettabat yarattı. Bunun yanında yarı-insan yarı-volkan Spock gibi uzaylı ırklardan karakterler'de ekledi ve bunları hepsini Birleşmiş Gezegenler Federasyonu altında topladı.
Diğer yenilikçi Uzay Yolu buluşları ise yapım sorunlarını karşılamak içindi. Işıktan hızlı warp sürücüsü bilim kurgu için yeni değildi ama anlartımda Atılgan'ın uzayda çabucak seyahat etmesini sağladı. Mürettabat'ın bir yerden bir yere ışınlanmasını sağlayan madde taşıyıcı, karakterleri gemiden gezegene, gezegende gemiye çabuçak taşımak içindi. Her bölüm için bir uzay mekiğinin iniş kalkış sahneleri çok pahalıya mal olmaktaydı.
Uzay Yolu ilk olarak CBS televizyonuna önerildi. Fakat CBS o zamanlar tercihini başka bir bilim kurgu dizisi olan Lost in Space'ten yana kullandı. Daha sonra Uzay Yolu ilk önce bri pilot bölüme izin veren ve sonra geri çeviren NBC'ye önerildi. (NBC yöneticileri daha sonra şovun fazla entelektüel olduğunu dile getirdiler.) Fakat NBC hiç alışılmamış bir şey yaparak yeni bir pilot bölüm çekilmesine izin verdi; "en:Where No Man Has Gone Before". Orijinal karakterlerden sadece Spock ve orijinal oyunculardan sadece Leonard Nimoy ve Majel Barrett kalmıştı. İlk pilot'ta çekilen çekimlerin çoğu daha sonradan iki parçalık "en:The Menagerie"'de kullanıldı.
İkinci pilot bölümde ana karakterler Kaptan Kirk (William Shatner), baş mühendis kıdemli yüzbaşı Scott(James Doohan), yüzbaşı Sulu(George Takei) takdim edildiler. Sadece bu bölümde Sulu'nun ünvanı geminin fizikçisi iken daha sonra dümenci olarak değiştirildi. Geminin baş doktoru ve kaptanın sırdaşı Dr. McCoy ve kâtip Janice Rand ve haberleşme subayı teğmen Uhura daha sonraki bölümlerde diziye dahil oldular. Roddenberry'nin her ikiside son derece akıllı ve profesyonel asyalı Sulu ve zenci Uhura'yı eklemesi o zamanlar hemen hemen hepsi beyaz, olmayanların ise steriotipler olduğu bir zaman için çok cesurca bir karardı.
Roddenberry'nin personelleri arasında sanat yönetmeni Matt Jeffries vardı. Katkıları daha sonra bütün Federasyon gemilerinin yapımında kullanılan Jeffries Tüpleri ile onurlandırıldı. Jeffries'in tabak ve silindir dizaynı daha sonra üretilen neredeyse bütün Federasyon gemileri için standart oluşturdu. Jeffries aynı zamanda Atılgan'ın köprü dizaynı da gerçekleştirdi. II. Dünya Savaşı'nda ki tecrübesini ve bir havacı olmasını kullanarak ergonomik bir köprü dizayn etti. Kostüm tasarımcısı William Ware Theiss Atılgan mürettabatının üniformalarını ve misafir aktrislerin çarpıcı kıyafetlerini yarattı. Wah Chang, açılır kapanır haberleşme aygıtı, algılıyan, kaydeden, hesaplayan küçük bilgisayar trikoder ve faser silahlarını yaptı. Daha sonra Gorn ve diğer yaratıkları yaratacaktı.
Dizi televizyon izleyicilerini daha sonra alışılmış hale gelen bilim kurgu terimleri ile tanıştırdı; Warp sürücüsü, ışınlanma, kablosuz el aletleri ve tarayıcılar, enerji silahları, masaüstü bilgisayar terminalleri, lazer ameliyat, uzay gemisi görünmezlik aletleri, ve bilgisayar ses sentezi. Bu terimlerinin bazılarının bazı örnekleri varsa da daha önce hiçbir zaman tek bir sunumda bir araya gelmediler ve teleziyon için kesinlikle yeniydiler. Geminin otomatik kapıları bile 1966 için bir yenilikti.