簡単なあらすじ
1) 2003年、死刑囚のマーカス・ライト(サム・ワーシントン)は死刑執行後、サイバーダイン社に献体を行うことに同意する。マーカスは機械と人間のハイブリッドとして2018年、再び目を覚ます。その間、地球では人工知能・スカイネットが暴走し、人類を殲滅させようと主要都市を核攻撃する。生き残った人類たちは、スカイネット率いる機械軍に抵抗するため、レジスタントとして活動していた。
2) マーカスは、北を目指して移動を開始する。その中で、カイル・リース(アントン・イェルチン)に出会う。カイルは、人類にとっての救世主であるジョン・コナー(クリスチャン・ベール)の父親となる存在だった(カイルはタイムマシンで過去に戻り、ターミネーターからジョンの母親サラ・コナーを守る。そして、サラと結ばれるのだった)。マーカスはカイルと行動をともにするが、機械によってカイルはさらわれてしまう。
3) マーカスは、レジスタンスの女性ブレア・ウィリアムズ(ムーン・ブラッドグッド)に出会う。ブレアは、マーカスに好意を持っており、彼が機械の体であることが発覚してレジスタンスに捕らえられた後、マーカスを逃亡させるのだった。ジョンはマーカスを見つけ、再び捕らえようとするが、マーカスが「捕らえられたカイルを必ず解放する」と約束したため、放すのだった。
4) マーカスは、カイルの捕らえられた研究所を訪れ、自らが人間に溶け込み、カイルやジョンをおびき寄せる役割を担っていたことを知らされる。スカイネットは、マーカスを仲間として迎え入れようとするが、マーカスは人であることを選ぶ。そして、ジョンカイルをT-800から守り、心臓を傷つけられたジョンに、自らの心臓を移植するよう言うのだった。
起：マーカス・ライトの死
2003年、サイバーダイン社のセレーナ・コーガン(ヘレナ・ボナム＝カーター)博士は、死刑囚であるマーカス・ライト(サム・ワーシントン)に面会する。コーガン博士は、「献体すれば、あなたは蘇られる」と提案する。だが、マーカスは自らの罪で兄や警官が亡くなっていることもあり、死刑を受け入れようとしていた。
コーガン博士に「献体すれば、やり直すことができるの」と言われ、キスを交換条件にマーカスは献体に同意する。「これが死の味か」とつぶやき、マーカスは同意書にサインをする。
「人類は地球にとって危険」と判断した人工知能でコンピューターネットワークである「スカイネット」は、「審判の日(ジャッジメント・デイ)」に、主要都市を核攻撃する。生き残った人類は、「レジスタント軍」として、スカイネット率いる機械軍に抵抗していた。
承：カイル・リースとの出会い
2018年、レジスタント軍の部隊長ジョン・コナー(クリスチャン・ベール)は、スカイネット研究所に侵入する。そこでは、人々が捕虜として捕らえられていた。そこに機械軍が現れ、味方は全滅し、ジョンは一人だけ生き残る。
ジョンは、レジスタント軍の司令官・アシュダウン(マイケル・アイアンサイド)に会いに行き、今回の作戦の目的を訊ねる。機械に信号を送り、停止させることができると判明し、その信号を入手するために侵入を指示したと明かされる。
そして、スカイネットは「暗殺リスト」を作っており、1番に「カイル・リース」の名前があり、自分は2番目であることを知らされる。そのこともあり、アシュダウンたちは、信号によりスカイネット総攻撃を計画していたのだった。
カイル・リース(アントン・イェルチン)は、ジョンの母親であるサラ・コナー(リンダ・ハミルトン)を救うため、タイムマシンで過去に戻る。そして、母親と結ばれた結果、カイルは自分の父親となる男だった。ただ、2018年時点では少年であり、ジョンよりも年下である。
一方、荒れ果てたロサンゼルスでマーカス・ライトが目を覚ます。マーカスは、「死刑」となって献体した後、眠り続けていた。目を覚ますと、地球の変わりように驚く。
マーカスは、攻撃してきたT-600に襲われそうになっているところ、カイル・リース、そして喋ることができない少女・スター(ジェイダグレイス・ベリー)に助けられる。クルマに乗り、彼らは北を目指すことにする。
だが、その道中でマーカスたちは機械に襲われ、カイル、スターは捕らえられてしまう。マーカスは1人になったところ、パラシュートで脱出したブレア・ウィリアムズ(ムーン・ブラッドグッド)に出会う。暴漢に襲われるブレアをマーカスは救出し、ブレアはマーカスに好意を持つようになる。
マーカスは、ジョンに会うことを望み、ブレアは彼を連れて行く。だが、その途中でマーカスは地雷の爆発に巻き込まれ、レジスタンス軍の基地に運び込まれる。そこで、マーカスは機械と人間のハイブリッドであることが明らかになるのだった。
転：人として
ジョンたちは、マーカスを捕らえて尋問する。マーカスに、人間のふりをして近づいてきた目的を質問するが、マーカスは自分が人間であると疑わなかった。そんな中、ブレアはマーカスを逃がす。レジスタンス軍の攻撃を受けつつも、マーカスは逃亡する。
ジョンは、ヘリからマーカスを撃つが、機械に攻撃を受けてヘリは墜落する。ジョンは機械に応戦するも、弾切れとなってしまう。そこでマーカスは現れ、ジョンを助けるのだった。
マーカスは、カイル・リースが捕虜となっている研究所に向かい、侵入してカイルを救出するとジョンに約束する。ジョンは、カイルに無線機を渡し、カイルを見つけ次第、知らせるように言い、マーカスを解放するのだった。
アシュダウン司令官は、カイルたちがいる研究所を爆撃し、総攻撃を仕掛けることを計画していた。だが、父・カイルが死ねば、ジョンは存在しないことになってしまう。そこで、ジョンは総攻撃を延期して欲しいと申し入れるが、アシュダウン司令官はジョンを部隊長から解任する。
ジョンは、短波ラジオでレジスタンス軍に呼びかけ、「爆撃を待って欲しい」と呼びかける。その呼びかけに応じ、爆撃を担当する者たちは、ジョンの命令を待つことにした。
マーカスは、スカイネット研究所に入り、そこで自らの正体を知る。彼は死刑囚であったが、献体により機械とのハイブリッドとして蘇ったのだった。また、スカイネットは彼を蘇らせた理由として、「カイル・リースを連れて来させることが目的だった。あなたはその役割を見事果たした」と言うのだった。スカイネットは、マーカスを利用してカイル、そしてジョンをおびき寄せ、殺害することを計画していたのだった。
また、信号を利用して機械を無効化するのも罠だった。原子力潜水艦で移動していたレジスタンスの司令部は、信号を発生させた。その信号発生場所を辿って居場所を知ることになったスカイネットは、司令部を爆破するのだった。
スカイネットは、機械としてマーカスを作り、仲間として向かえ入れようとしていた。だが、マーカスは後頭部に埋め込まれたチップを引きちぎり、人間であり続けようとする。そして、T-800によって襲われるジョンとカイルを救出に向かうのだった。
結：マーカスの選択
ジョンは、カイルを脱出させると、自らを囮としてT-800をひきつけ、マーカスとともに戦う。マーカスは、胸部を攻撃され、心停止に陥る。だが、ジョンは電気ショックによりマーカスを蘇生させ、マーカスはT-800を倒すのだった。
ジョン、カイル、マーカスたちは仲間のヘリに乗り、救助される。ジョンは、機械の動力源として使われる核燃料に爆発物をしかけていた。脱出してからジョンは、その爆弾を爆発させるスイッチを押し、研究所を爆破するのだった。
ジョンは重症を負っており、とくに心臓へのダメージが大きく、死に瀕していた。そこでマーカスは「俺の心臓を使え･･･これが俺の二度目のチャンスだ」と、自らの心臓を移植するよう言うのだった。ジョンは命を取り留め、短波ラジオで「この戦いには勝利したが、戦争が終結するのはまだ先である」と告げるのだった。
