ג'ון קונור (ניק סטאל) חי בבידוד מוחלט, מנותק מהעולם ומנסה להתחמק מגורלו כראש המחתרת האנושית נגד המכונות. בגיל 22, הוא עדיין לא מוכן לקבל את התפקיד שעתידו מצפה לו, אך הזמן אוזל במהירות. קייט ברוסטר (קלייר דיינס), וטרינרית שמגיעה במקרה אל חייו, הופכת לשותפה בלתי צפויה במאבק נגד סכנה מתקרבת. בתוך שלוש שעות בלבד, השניים חייבים לפעול כדי למנוע אסון עולמי. מכונה מתקדמת במיוחד, ה-TX – רובוט רצחני עם יכולות טכנולוגיות מתקדמות ומסוכנות – נשלחת להשמיד את ג'ון וקייט. במקביל, טרמינייטור ישן יותר (ארנולד שוורצנגר) חוזר כדי להגן עליהם, אך גם הוא נאבק ביעילותו של האויב החדש. המחשב העליון סקיינט, ששולט במערכות צבאיות ומחשבים ברחבי העולם, מפעיל וירוס מחשבים שפוגע במערכות הצבאיות של ארצות הברית ובכך משחרר את המכונות להשתלט על העולם.
אביה של קייט, גנרל בכיר בחיל האוויר האמריקאי (דיוויד אנדרוס), מנסה להתמודד עם המצב המתפתח, אך גם הוא נתון תחת שליטת סקיינט. תוך כדי התקדמות הווירוס, המכונות מתחילות להשתלט על מערכות הנשק והבקרה, והעולם עומד בפני מלחמה גרעינית בלתי נמנעת. ג'ון וקייט חייבים להילחם לא רק על חייהם אלא גם על עתיד האנושות כולה, במאבק חסר פשרות נגד המערכת הטכנולוגית שמתמרנת להשמיד אותם. כל שנייה שעוברת מקרבת את עליית המכונות ומתחילת סוף העולם כפי שהם מכירים אותו. הטרמינייטור הוותיק, שמגן על ג'ון וקייט, מנסה לסכל את תוכניות סקיינט ולהשמיד את ה-TX לפני שיגיע למטרותיו. בזמן שהווירוס מתפשט והמערכות הצבאיות נופלות, ג'ון וקייט מגלים את חשיבות האמון והאחדות במאבק נגד האיום הטכנולוגי. העלילה מסתיימת במתח רב, כשהעתיד תלוי בהחלטותיהם ובמאבקם להציל את האנושות מהשמדה מוחלטת.
