Promise à une brillante carrière dans le domaine de la recherche scientifique, cette jeune Terrienne décide brusquement d'embarquer à bord d'un vaisseau de Starfleet dans l'espoir de retrouver son fiancé, le docteur Roger Korby, récemment porté disparu. Elle devient donc infirmière à bord de l'U.S.S. Enterprise où elle assiste le docteur McCoy qui deviendra, outre son supérieur direct, un ami sans faille, tout comme le lieutenant Uhura.

En 2266, elle retrouve la trace de Korby sur la planète Exo III mais s'aperçoit que celui qu'elle aime a transféré son esprit dans le corps d'un androïde, finalement détruit par un autre robot sur la même planète.

Apparemment amoureuse de Spock, elle se heurte dans les années qui suivent à la froideur calculée du Vulcain à son égard.  De retour sur Terre, l'infirmière Chapel termine ses études médicales et c'est en qualité de médecin qu'elle revient à bord de l'Enterprise en 2270, alors que l'Entreprise est en refonte de ses systèmes.

Transférée à Starfleet Command, elle se voit finalement confier la direction des opérations d'urgence en 2286 face aux catastrophes écologiques qui frappent la Terre suite à l'intervention de la sonde cétacée.