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…。

キャメロンに導かれ2007年の未来にタイムスリップしたサラたちだが、まず必要なのがIDだ。ジョンはIDがなければ外出もできない。そこで昔の仲間エンリケに偽造IDを頼もうとすると、キャメロンが「もっといい職人がいる」と言う。未来のジョンが送り込んだ抵抗軍の戦士がこの世界にも数名いるというのだ。そこでサラとキャメロンは早速その仲間たちに会いに行く。

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。

1999年のサラとジョンを襲ったクロマティが2007年にタイムスリップして来ているらしい。吹き飛ばされた頭を修復するために必要なコルタンという物質を狙っていると推理したサラたちは、コルタンが荷揚げされる港を待ち伏せる。

サラの友人となったアンディが、コンピューターによるチェスの競技会に出場することになる。試合を見守るサラは、彼の高い能力を評価しつつも、それが悪い結果を招くのではないかと危惧する。競技会場では、サラの過去と密接につながっている男が現れるが、正体は謎だ。

生死の境をさまよっていた謎の男は、救命士であるチャーリーの処置のおかげで一命を取り留める。彼は混濁した意識の中で、自分の未来の記憶をサラたちに語り始める。機械軍との戦いについても覚えていると言い、彼が何者であるかが明らかになる。