草薙素子之后，巴特与侦探出身的陀古萨结为搭档。近期发生多起机器人偶杀害主人继而自杀的事件，由于受害者家属均无公诉，且死者中有政客与公安官员，于是公安9课派出巴特小组调查此案。杀人人偶皆为荒凉地带公司出品的哈德莉机型，应部分顾客要求，该机型同时具备异性玩伴的功能，巴特从荒凉地带公司出货官遇害入手，卷入与黑帮的战斗，期间有人入侵他的大脑，使其自残。
巴特决定直奔荒凉地带总部，他与陀古萨拜访了择捉岛上的黑客基姆，后者布下系统陷阱，幸有素子提出警告避免陀古萨陷入控制。依靠基姆这条线索，巴特登上了荒凉地带公司设立在海上的工厂船，素子再次降临他的身边，与其并肩作战。

一天雨夜，青年漫画家西（今田耕司 配音）在地铁站出来遇见了初恋梦中情人弥（前田沙耶香 配音）。西送弥回家途中得知了弥已订婚，随后，他被弥邀请到酒馆喝酒，弥的未婚夫也来了，西虽然嫉妒弥的未婚夫，但自愧不如。这时，黑社会来到店里，原来弥被黑社会所追杀，打晕了弥的男友并要强奸弥，西则蜷缩一旁不敢动弹。黑社会发现了一旁的西，用枪爆了他的屁眼。前一刻，西还沉醉于与初恋梦中情人相逢时的甜蜜，下一刻就肛门中枪，贯穿脑部，死于非命。当西等人上了天堂，西觉得自己死得很难看，后悔人生过得很窝囊，决心再度复活。他们一行人违反神的意旨，并回到地上的世界，却阴差阳错却来到了鲸鱼的肚子里，接下来又将会有什么等待着他们呢……

Golden Bear for Best Short Film (win) - - 2004 Berlin International Film Festival

1966年，从新加坡返回香港想忘掉过去的周慕云（梁朝伟 饰）住进东方酒店的、同他曾经熟悉的数字2046只差一号的2047号房，开始了他的卖文生涯。眼前、曾经在他身边出现过的一个个女人（章子怡、王菲、张曼玉、刘嘉玲等 饰）经过他大脑的过影后，令他对时空产生疑惑，不但忘不了过去，一幕幕往事反而更加挥之不去。
为了与过去作更好的告别，他将生活的点点滴滴化为文字，写下小说《2046》（说只要搭上了前往2046的列车，人们就可以找回失去的记忆）。