Sarah Connor (Linda Hamilton), ormai esperta cacciatrice di macchine, questa volta si ritrova a dover salvare una ragazza da un nuovo modello di cyborg, il Rev-9, realizzato in metallo liquido, in grado di sdoppiarsi e con capacità maggiori. È stato inviato dal futuro da Skynet, il supercomputer che ha preso il controllo del futuro, così come in precedenza aveva inviato Terminator indietro nel tempo, per impedire la nascita di John Connor. Di risposta la resistenza ha incaricato un'ibrida, metà umana e metà cyborg, di nome Grace (Mackenzie Davis) che, nonostante le prime divergenze, riesce a costruire un rapporto di amicizia con Sarah Connor. Tuttavia si vedono costrette a rivolgersi al vecchio modello di Terminator (Arnold Schwarzenegger), il T-800, l'unico che può provare ad aiutarle a salvare non solo la giovane, ma anche il futuro. Riuscirà la macchina programmata per uccidere ad annientare il nuovo micidiale cyborg?