二战后的十数年，日本从战败的阴影中逐渐走出，进入了经济高度增长的时代。然而强硬的经济政策也导致失业率的不断攀升，各种反政府武装势力不断抬头，安定的社会治安荡然无存。为了应对这一难题，政府建立了拥有高度自主权的首都圈治安警察机构，通过精良的装备和果断的武力来打击以“党派”为首的反政府组织。随着经济不断发展，崇尚暴力的首都圈警察和“党派”逐渐遭到民众的厌弃和孤立。
在一次激烈血腥的交战中，隶属“党派”的少女阿川引爆炸弹自杀，目睹这一幕的首都圈警察成员伏一贵心灵受到前所未有的冲击。这一刻起，他的人生悄悄发生转变……
本片荣获2000年每日电影最佳动画片奖、1999年葡萄牙国际奇幻电影节最佳动画片奖和评委会奖。

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。

战斗机飞行员函南优一（加濑亮配音）来到基地报道，等待他的是全新的生活环境与熟悉的飞行战斗。在这里，函南优一遇到了各式各样的战友，与不苟言笑的长官草薙水素（菊地凛子配音）。函南优一获得了一架新战斗机，但是，基地里的战友们都对战斗机的前任驾驶员缄默不语。于是函南优一开始留意相关的消息，他渐渐知道，前任驾驶员已经去世，而事件本身与草薙水素有莫大的关系。随着调查的深入，函南优一逐渐发现惊人的真相，而他每天与敌人的战斗，似乎也隐藏着他不知道的意义。

2029年，公安九课在市容很像香港的日本城市“新港市”中执行各种秘密任务。九课因为不顾正当程序的自作主张、强硬行事，往往与政府其他部门起冲突，例如负责外交的公安六课就与九课不合。另一方面，九课之中的重要人物，全身是义体的机械生化人草薙素子，对于自己的现状一直隐隐感到不满。有一天，公安九课因为一件外国政要的刺杀未遂案而开始追查神秘的黑客“傀儡师”。傀儡师能透过网络入侵人脑，植入虚拟记忆，再利用记忆被窜改的对象来达成目的。虽然九课的追查没有成功，藏有傀儡师的“灵魂”的机械生化人却自行来到九课。公安六课随后赶来将傀儡师绑走。草薙素子因为在事前就推测出六课的绑架行动而成功拦截傀儡师。这时发现原来傀儡师并不是人类，而是公安六课设计来非法操纵人类的电脑程式“2501计划”。2501计划在意外中产生自觉意识，决定逃出六课以求生存，并且要求和草薙素子的灵魂“融合”以求进一步发展。草薙素子最后在同事巴特的协助与掩护下完成融合并且脱离政府掌握，下落不明，其意识与整个网络融合。

本片由四位导演的短篇作品组成：
1《斩子》由于背叛组织，女杀手斩奈的妹妹斩子被组织绑架。斩奈独闯虎穴，结果姐妹俩皆遭杀害。半年后，侥幸逃生的斩子从重度昏迷中苏醒，她回忆起事件的始末，于是拿起武士刀，决心为姐姐报仇；2《少年武士》6年级小学生龙太郎自幼接受武士家庭的严格训练，成长为秉承仁、义、礼、信的优秀少年。班里的坏孩子勾结不良少年欺负他和他的朋友，更绑架了龙太郎的妹妹，忍无可忍的少年武士前去应战；3《妖刀射程》明治时代末期，一名落败军人在林中发现一把妖刀，最终刀和他的枪结合在一起。时间转到现代，特殊部队SAT小组训练中突遭袭击，15名成员被害。唯一的幸存者久住返回案发现场，与持有妖刀的宿敌展开最终对决；4《ASSAULT GIRL2》荒野、狂风、骤雨，两名女子进行着惨烈决斗。