怀着种种对未来的疑虑，约翰•康纳继续战斗着。天网研制出了更多数量和不同种类的机器人，救世军面临的考验更加严峻。这时候，一个名叫马库斯•怀特（萨姆•沃辛顿饰）的人走进了救世军当中，他不记得自己是谁，也没有人知道他来自哪里，目的是什么，而马库斯唯一的记忆就是自己曾经是一名死囚。在马库斯身上，约翰•康纳发现了一些讯息，这些讯息与过去、现在、未来都有关系，进一步，约翰•康纳发现，马库斯此人将是左右这场战争的关键，通过马库斯，约翰•康纳潜入了天网的核心地带，在那里，他发现了一个可怕的秘密，这个秘密可能会导致整个人类彻底毁灭……

2003年， Cyberdyne系统的博士小威高根（海伦娜•伯翰•卡特）说服死囚马库斯•莱特（萨姆•沃辛顿） ，以他的身体在跟随他的执行签收医学研究。一年后，天网系统被启动，认为人类是一种威胁，因此发动核战争消灭地球上30亿人口，幸存下来的人称那天为审判日。

在2018年，约翰•康纳（克里斯蒂安•贝尔）领导一组小队攻击的一个天网基地。约翰发现人类囚犯和原理图的新型终结者，结合活组织。他是基地因为核爆炸破坏的唯一的幸存者。之后，马库斯从基地的残骸中出现，并开始走向洛杉矶。

约翰回到反抗军总部，位于一艘潜艇，并告诉他的发现的Ashdown将军（迈克尔•艾恩赛德饰）。同时，反抗军发现这讯号可来关闭天网机器的无线电信号。他们计划在4天后在旧金山发动攻势对抗天网基地，因为天网有计划的创造了一个截获“杀人名单” 。约翰得知他是第二个，第一位是凯尔里斯。该反抗军的领导人没有意识到Kyle的重要性，但约翰知道凯尔最终会回去的时间，并成为他的父亲（终结者） 。约翰会见他的妻子凯特（布莱斯•达拉斯•霍华德）和二把手巴恩斯（公用） 。他发送无线电向全世界抵抗成员和幸存的平民广播。

抵达洛杉矶的废墟中，马库斯被凯尔 - 里斯（安顿叶尔金）和静音童星（ Jadagrace贝瑞）从T -600终结者救出。凯尔告诉马库斯关于人类和天网之间的战争。听到约翰的无线电广播，三个决定去找约翰。他们在一个加油站遭受攻击，但凯尔，明星，和其他几个人被俘虏。 当他们试图拦截运输和护送，两个反抗军的A- 10飞机被击落，。马库斯找到被击落飞行员布莱尔•威廉姆斯（月亮布拉德古德），他们做他们的方式对约翰的基地，在那里马库斯是由磁性地雷受伤。试图挽救他的生命，反抗军战士发现他是一个半机械人，有机械内骨骼和部分人工大脑皮质。马库斯认为自己是人类，但约翰认为马库斯是被派来杀死了他，并命令毁灭他。然而，布莱尔帮助马库斯逃生。追逐中，马库斯从天网水栖机器人救了约翰一命，两人达成一项协议：马库斯将进入天网总部，并试图帮助营救约翰凯尔和其他囚犯。

约翰恳求与阿什当延迟攻击，但阿什当拒绝，消除约翰他的职位。然而，约翰的手下不服从阿什当的命令，等待约翰的信号。马库斯进入基地，接口与计算机，并解除外围防御，让约翰可以潜入基地并释放人类的囚犯。马库斯发现他是由天网创建，是个渗透性机器人，以引诱约翰来基地;当讯号展开它的用途，约翰将被杀死，实现了天网没能完成的目标。无线电信号，该讯号是一个诡计，天网利用信号跟踪并摧毁了反抗军总部。 马库斯拔除连接他天网硬件，并协助约翰在对抗一个新的T - 800终结者。约翰在战斗中身受重伤，但成功在引爆几个终结者燃料电池，马库斯，凯尔，和星被空摧毁了天网基地并存活。凯特试图拯救约翰的生命，但他的心脏已经严重损害。马库斯提供自己的心脏进行移植，牺牲自己拯救约翰。之后，约翰认为看起来这场战斗已经赢了，但是实际上远未结束。