Apres deux annees au meme endroit, Sarah Connor decide de reprendre sa cavale avec son fils John suite a un cauchemar. Une fois dans leur nouvelle ville, au Nouveau-Mexique, John reprend les cours et rencontre une mysterieuse jeune fille nommee Cameron. Dans le meme temps, un Terminator se fait passer pour un professeur, et tente de tuer John en pleine classe. Cameron lui sauve la vie et n'a d'autre choix que de lui devoiler qui elle est vraiment : elle est le cyborg envoye par le John Connor du futur pour le proteger du Terminator...

Sarah, John et Cameron sont teleportes en 2007, et decident de stopper Skynet, en retrouvant le responsable de la creation de la machine qui causera l'apocalypse... Le crane de Cromartie passe egalement dans la faille temporelle. Cameron decide de mettre Sarah en contact avec la resistance, pour changer d'identite, mais a la place des resistants, ils tombent sur un Terminator. Pendant ce temps, Cromartie, le robot tueur, se recree un corps afin de poursuivre sa mission premiere...

Alors que John et Cameron tentent de se fondre dans la masse a l'ecole, Sarah visite la veuve de Miles Dyson, afin de trouver qui est a l'origine de Skynet. Cette piste la mene jusqu'a Andy Goode, un jeune homme ayant travaille pour Dyson. Au lycee, Cameron semble avoir des difficultes a passer inapercue, et John tente de sauver du suicide une jeune fille, Jordan. Mais il echoue et est traumatise par ce drame qu'il n'a pas pu prevenir. Cromartie continue sa reconstruction, et Sarah se rapproche d'Andy pour le stopper, et ainsi empecher la naissance de Skynet.

Alors que Sarah, Cameron et John se lancent à la poursuite d'un cargo volé, John se retrouve séparé du groupe, ce qui le mène à découvrir que l'avenir n'est pas aussi sûr il l'avait espéré.

Andy fait participer la nouvelle version de son ordinateur a une competition d'echecs et Sarah commence a s'inquieter sur les capacites de cette machine. A la fin de la competition, elle prend en chasse un homme qui semble avoir commis un meurtre, mais apres une courte altercation, celui-ci est arrete par la police. Sarah s'apercoit qu'il s'agit d'un resistant du futur, et choisit de le rencontrer dans sa cellule. Dans le meme temps, un T-888 se fait emprisonner dans le but de le tuer. Sarah rencontre le denomme Derek Reese, et comprend qu'il s'agit en fait du frere de Kyle Reese (le pere de John).

L'oncle de John est sévèrement blessé et a des flashback de sa vie dans le futur et de sa bataille contre les machines.