从未来回到九十年代的机器人T-800，他的任务是保护长大后会成为领袖的小帅哥约翰·康纳和他的母亲莎拉。而比他先进的T-1000也不露声色地追杀过来，两位正邪机器人为相同的目标展开一场生死搏斗。这次，机器人主脑者派出最先进的T-1000型终结者，回到约翰·康纳的童年时期，预备杀死约翰，使未来人类世界群龙无首。约翰·康纳得知消息，立即派另一名终结者乘坐时光倒流机，赶回现代，保卫童年时期的自己。在现代，约翰与养父母同住。生母莎拉因言行怪异，且攻击造成机器人猖厥的电脑公司，因而被当成精神病患，住进病院。T-1000型杀害了约翰的养父母，然后变成养父母外形欲诱杀约翰，幸好终结者赶到，救出约翰。T-1000的另一个目标是莎拉，不料亦遭到终结者和约翰的破坏。莎拉和约翰决意消灭制造机器主宰者和T-1000型的塞柏电脑公司，一阵恶斗后，电脑公司被炸成一片火海。然而，T-1000型仍穷追不舍，将莎拉等人逼入钢铁厂，并将终结者打成重伤。

驻扎在印度尼西亚的美国CIA探员，詹姆斯·席尔瓦，从小就有狂躁症的他，却是数一数二的特工。他所属的精密作战小队从接到任务开始就不再归属任何国家的管控。正当席尔瓦的团队在为放射性核武器的下落苦恼时，当地警官李努尔，也是团队的污点证人，突然现身并揭发了核武器的所在。剩下的核武器所在地点被他加密 保存，他要求席尔瓦等人8小时内把他送出印尼，才会说出密码，否则所有未找到的核武器就会同时爆炸。时间紧迫，席尔瓦等人立即向CIA递交了辞呈准备先锋护送行动，目的是把李努尔送到22英里之外的飞机“天使号”上，并得到李努尔手中的磁盘密码。短短的22英里，却是危机四伏，当地的印尼特工为了追捕李努尔，对席尔瓦进行了沉痛的打击。但他们双方都不知道的是，俄方情报局正在背后秘密监视着整个行动，席尔瓦等人也并不知道这场行动从一开始就是场特洛伊行动。

年轻的FBI特工强尼·犹他（卢克·布雷西 Luke Bracey 饰），潜伏到一队喜欢寻找刺激挑战的盗匪里，该队伍由富有个人魅力的鲍迪（埃德加·拉米雷兹 Édgar Ramírez 饰）领导。这些盗匪被怀疑是在用极不寻常的方式进行着系列犯罪。在与鲍迪这一伙人的交往中，犹他发现自己无可自拔的与这伙人产生了伙伴情谊，犹他陷入了职业伦理与追求真我之间的矛盾，他放弃了自己的一切，加入到了对人类极限界的八项巅峰挑战的追寻中……