2003 में, साइबरडाईन सिस्टम की डॉक्टर सेरेना कोगन (हेलेना बोनहम कार्टर) मृत्यु दंड प्राप्त कैदी मार्कस राइट (सैम वर्दिग्टन) को घातक इंजेक्शन द्वारा मरने से पहले, चिकित्सा अनुसंधान हेतु अपना शरीर दान करने के लिए मनाती है। एक साल बाद, स्काईनेट तंत्र सक्रिय हो जाता है, जो अपने अस्तित्व के लिए मनुष्य को खतरा मानता है और अधिकांश मानवता को क़यामत के दिन की घटना के रूप में विनष्ट कर देता है (देखें ""). 2018 में, जॉन कॉनर (क्रिश्चियन बेल) एक स्काईनेट अड्डे पर रेसिस्टेंस द्वारा एक हमले का नेतृत्व करता है। जॉन को मानव कैदियों का पता चलता है और वह जीवित ऊतकों को शामिल कर एक नए प्रकार के टर्मिनेटर के विकास की योजनाएं बनाता है, लेकिन उस अड्डे के एक परमाणु विस्फोट में नष्ट हो जाने पर वह बचा हुआ एकमात्र व्यक्ति रहता है। बहरहाल, मार्कस अड्डे के मलबे से बाहर निकलता है और पैदल ही लॉस एंजिल्स की तरफ बढ़ने लगता है।

जॉन, परमाणु पनडुब्बी पर स्थित रेसिस्टेंस के मुख्यालय में वापस आता है और मौजूदा नेता जनरल ऐशडाउन (माइकल आयरनसाइड) को अपनी खोज के बारे में बताता है। इस बीच, रेसिस्टेंस, एक रेडियो फ्रीक्वेंसी की खोज करता है जिसके द्वारा उनको विश्वास था कि स्काईनेट की मशीनों को बंद किया जा सकता है। अगले चार दिनों में वे सैन फ्रांसिस्को में स्काईनेट अड्डे के खिलाफ एक हमले की योजना बनाते हैं, जो एक "हत्या सूची" पकड़ने की प्रतिक्रिया स्वरूप था, जिससे उन्हें ये पता चला था कि स्काईनेट की चार दिन की समयावधि में रेसिस्टेंस कमान स्टाफ को मारने की योजना है। जॉन को पता चलता है कि उसका नाम सूची में दूसरा है, पहला कैल रीज़ का है। रेसिस्टेंस नेता, स्काईनेट के लिए कैल के महत्व से अनजान हैं, लेकिन जॉन को पता है कि इसकी वजह है कैल बाद में उसका पिता बनेगा ("टर्मिनेटर" देखें). जॉन अपने अधिकारी बार्न्स (कॉमन) और पत्नी केट (ब्राइस डलास हावर्ड) से मिलता है और रेसिस्टेंस के सदस्यों और दुनिया भर में जीवित लोगों को रेडियो प्रसारण भेजता है।

लॉस एंजिल्स के खंडहर में पहुंचने पर, कैल रीज़ (एंटोन येल्चिन) और उसका मूक साथी स्टार (जादाग्रेस बेरी), मार्कस को एक T-600 टर्मिनेटर से बचाते हैं। केली क़यामत के दिन की घटनाओं और उसके बाद मानव और मशीनों के बीच होने वाले युद्ध का संबंध मार्कस से जोड़ता है। जॉन के रेडियो प्रसारण को सुनकर, तीनों लॉस एंजिल्स को छोड़ कर रेसिस्टेंस की तलाश में निकलते हैं। वे मशीनों के एक हमले में बचते हैं, लेकिन कैल, स्टार और कई अन्य मनुष्यों को बंदी बना लिया जाता है, जबकि रेसिस्टेंस की एक A-10 की जोड़ी को गोली मार दी जाती है। मार्कस, मार गिराए गए पायलट ब्लेयर विलियम्स (मून ब्लडगुड) का पता लगाता है और वे जॉन के अड्डे की तरफ आगे बढ़ते हैं, लेकिन मार्कस एक चुंबकीय बारूदी सुरंग द्वारा घायल हो जाता है। उसके जीवन को बचाने के प्रयास में, रेसिस्टेंस लड़ाकुओं को पता चलता है कि वह वास्तव में मानव अंगों वाला एक साईबोर्ग है, जिसमें एक यांत्रिक इंडोस्केलेटन, सर्किट व्यवस्था और एक आंशिक रूप से कृत्रिम मस्तिष्क प्रांतस्था मौजूद है। मार्कस खुद को मनुष्य मानता है और खुद को रिहा करने की मांग करता है ताकि वह कैल को स्काईनेट से बचा सके, लेकिन जॉन का मानना है कि मार्कस उसे मारने आया है और वह उसके विनाश का आदेश देता है। बहरहाल, ब्लेयर उसे मुक्त कर देता है और अड्डे से बच कर निकलने में उसकी मदद करता है। परिणामस्वरूप उसका पीछा करने के दौरान मार्कस, स्काईनेट हाइड्रोबोट से जॉन की जान बचाता है और दोनों एक गठबंधन बनाते हैं - मार्कस, स्काईनेट के मुख्यालय में प्रवेश करेगा और उसकी सुरक्षा व्यवस्था को अक्षम करने की कोशिश करेगा ताकि जॉन, कैल को बचा सके।

जॉन मांग करता है कि ऐशडाउन हमले को थोड़ा देर से करे ताकि वह कैल और अन्य कैदियों को बचा सके, लेकिन ऐशडाउन मना कर देता है और जॉन को अपनी कमान से मुक्त कर देता है। बहरहाल, जॉन के सैनिक उसके प्रति वफादार रहते हैं और स्काईनेट अड्डे पर हमला ना करने के उसके आदेश का पालन करते हैं। इस बीच, मार्कस अड्डे में प्रवेश करता है और कंप्यूटर के साथ काम शुरू करता है जिसके दौरान वह परिधि सुरक्षा को अक्षम करते हुए जॉन को सेल ब्लॉक में घुसने और मानव कैदियों को रिहा करने का अवसर उपलब्ध कराता है। पता चलता है कि रेसिस्टेंस के अक्षम संकेत एक चाल है और रेसिस्टेंस के नेताओं वाली कमान पनडुब्बी नष्ट कर दी जाती है।

मार्कस को पता चलता है कि वह स्काईनेट द्वारा बनाया गया था और उसने अनजाने में अपने प्रोग्राम लक्ष्य, जॉन को मारने के लिए उसे लुभाकर अड्डे पर लाने को पूरा कर दिया। वह उस हार्डवेयर को छिन्न-भिन्न कर देता है जिसने उसे स्काईनेट से जोड़ा हुआ था और वह एक T-800 मॉडल 101 टर्मिनेटर से लड़ने में जॉन की सहायता करता है। लड़ाई के दौरान जॉन घातक रूप से जख्मी हो जाता है, लेकिन वह कई टर्मिनेटर हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की हेराफेरी द्वारा एक विस्फोटक बनाते हुए स्काईनेट अड्डे को नष्ट करने में सफल होता है, जिसके प्रभाव से वह, मार्कस, कैल और स्टार उड़ते हुए बाहर आ जाते हैं। केट, जॉन की जान बचाने का प्रयास करती है, लेकिन उसका हृदय काफी क्षतिग्रस्त है। मार्कस, प्रत्यारोपण के लिए अपना हृदय प्रदान करता है और जॉन को बचाने में ख़ुद को बलिदान कर देता है। ठीक होकर, जॉन रेडियो से दूसरे रेसिस्टेंस सेनानियों को सूचना देता है कि हालांकि यह लड़ाई जीत ली गई है, यह युद्ध अभी खत्म नहीं हुआ है।

 बेल प्रथम व्यक्ति थे जिन्हें पात्र के रूप में नवंबर 2007 में भूमिका के लिए अनुबंधित किया गया। McG ने ब्रिटेन में बेल के साथ भूमिका के बारे में व्यापक रूप से बात की, जहां बेल "डार्क नाइट" के लिए फ़िल्मांकन कर रहे थे और वे दोनों आगे बढ़ने पर सहमत हुए. "टर्मिनेटर" श्रृंखला के एक प्रशंसक होने के बावजूद, शुरू में उन्होंने अरुचि दिखाई, जब तक McG ने उन्हें यकीन नहीं दिला दिया कि कहानी चरित्र आधारित होगी और विशेष प्रभावों पर ही आश्रित नहीं होगी। वर्दिंगटन के साथ उन लोगों ने कहानी पर हर दिन काम किया। McG ने कहा कि बेल ने फ़िल्मांकन के दौरान एक टर्मिनेटर के आधार पर मुक्का मार कर अपना हाथ तोड़ लिया था। बेल ने McG के साथ प्रतिदिन छह से आठ घंटे संपादन कमरे में बिताए और उत्पाद को अंतिम रूप देने में अपनी सलाह दी। 

मुकदमा
प्रदर्शन
निर्माण
कथानक