1999年アメリカ、ネブラスカ州。ターミネーターの襲撃から息子ジョンを守り通したサラ･コナーは、サイバーダイン社のマイルズ･ダイソン殺害犯として警察の追跡を逃れながら暮らしていた。ある日、半年ほど付き合っているチャーリーにプロポーズされたサラは、ジョンに荷造りをさせる。逃亡者は、誰かと必要以上の関係を築くことはできないのだ…。
サラは抵抗軍のアジトから回収した資料を元に、サイバーダイン社の関係者でスカイネットの開発に携わる人間を捜す。そして行き当たったのがアンディという青年だった。彼は個人的趣味でチェスをするコンピューター“ターク”を開発していた。そのコンピューターが進化すれば、人間の手を借りずに自らを改良するマシンが生まれてしまうかもしれない。アンディを殺すべきかどうか苦悩するサラ。
ブレナンは、実習生のフィッシャー、バジリ、フィン、ウェンドルの4人と考古学博士のエジソンの実力を見込んで、無数の行方不明者の身元特定を指示する。バジリが選んだのは、撲殺されたホームレスだったが、この被害者が怪我を負ったのが2001年9月11日だと判明する。
マルコムが父親に面会していることを知り、気が気でないジェシカ。その一方で、“箱の中の女”を発見した夜に執着し続けるマルコムは、精神科医からマーティンと距離を置くように忠告を受ける。そんななか発生した殺人事件の捜査で、憧れの心理学者エレイン･ブラウン博士との対面を果たし舞い上がるマルコム。ニューヨーク市警は、過去の実験で博士に幻覚剤を投与された学生が自殺を遂げた事実に注目する。
おぼろげだった子供時代の記憶を取り戻しつつあるマルコムは、マーティンによる一連の犯行にジェシカが関与していた可能性を探る。だが事件当夜の供述書を入手しようとしても、ギルが取り合ってくれない。そんなある日、人気モデルが殺害される事件が発生する。被害者への接近禁止命令が下っていた男を探し当てたマルコムは、重要証言を得ようと試みるものの、目の前で男が何者かの車に轢かれてしまう。
