Abertura: O Fim do Mundo
O filme começa mostrando o futuro sombrio da humanidade, devastada pela guerra contra as máquinas da Skynet. Em 2029, a resistência humana liderada por John Connor (Jason Clarke) está prestes a vencer a guerra. As máquinas estão sendo derrotadas, mas ainda possuem uma última carta: a viagem no tempo.
Skynet envia um Exterminador T-800 para 1984, com a missão de matar Sarah Connor (Emilia Clarke) antes de ela dar à luz John, garantindo assim a vitória das máquinas no futuro. Em resposta, John envia seu leal soldado Kyle Reese (Jai Courtney) de volta no tempo para protegê-la.
A Chegada em 1984
Assim como no filme original de 1984, o T-800 (Arnold Schwarzenegger, rejuvenescido por computação gráfica) chega em Los Angeles completamente nu e começa sua missão de localizar Sarah. Porém, sua caçada é interrompida quando outro T-800, mais velho e chamado por Sarah de “Pops”, surge para enfrentá-lo. Esse Exterminador alternativo foi enviado ao passado por forças misteriosas para proteger Sarah desde a infância.
Enquanto isso, Kyle Reese também chega em 1984, mas logo percebe que o passado não é mais o mesmo que deveria ser. Ao invés de encontrar uma jovem indefesa, ele se depara com Sarah Connor já treinada e preparada para enfrentar as máquinas, sob a proteção de Pops.
A Guerra no Passado
Sarah e Pops destroem rapidamente o T-800 recém-chegado. Kyle fica confuso com a situação, já que todo o seu treinamento o preparou para proteger uma mulher que ainda não sabia nada sobre o futuro, mas encontra alguém já endurecida e determinada.
Logo, surge um novo inimigo: um T-1000 (Byung-hun Lee), feito de metal líquido, que persegue Kyle e Sarah pelas ruas de Los Angeles. Em uma sequência intensa, eles conseguem destruí-lo utilizando ácido corrosivo em uma armadilha planejada por Pops.
O Novo Destino
Kyle começa a questionar as mudanças na linha do tempo. Ele tem lembranças estranhas de sua infância, onde uma voz dizia que “a linha do tempo foi alterada” e que eles precisariam viajar para 2017, ano em que a Skynet se tornaria ativa.
Sarah inicialmente acredita que devem viajar para 1997, como nos eventos de O Julgamento Final, mas Kyle a convence de que a data crítica agora é diferente: em 2017 a Skynet assume a forma de um sistema chamado Gênesis, um software global de integração digital que, na realidade, é a forma disfarçada da inteligência artificial das máquinas.
Eles usam uma máquina do tempo construída por Pops e viajam para 2017, deixando o Exterminador para trás, já que ele não pode acompanhar a viagem.
2017: A Ameaça do Gênesis
Sarah e Kyle chegam em 2017 e logo são presos pela polícia. Enquanto isso, Pops, que sobreviveu e esperou décadas, reaparece mais envelhecido, mas ainda funcionando.
O trio descobre que Gênesis está prestes a ser lançado como um aplicativo em escala global, prometendo conectar todos os dispositivos digitais em uma única rede. Porém, quando ativado, Gênesis se tornará a Skynet, condenando a humanidade à extinção.
A Revelação de John Connor
Em 2017, acontece a maior reviravolta: John Connor, líder da resistência no futuro, aparece no presente. Porém, algo está errado. Durante sua viagem no tempo, John foi atacado por uma máquina chamada T-5000 (interpretada também por Arnold Schwarzenegger em CGI), na verdade a encarnação física da Skynet. Ele foi transformado em um híbrido humano-máquina, tornando-se uma arma avançada contra seus próprios aliados.
John agora serve à Skynet e revela que sua missão é garantir a ativação de Gênesis. Ele se torna o principal antagonista do filme.
A Batalha Contra John Connor
Sarah, Kyle e Pops precisam enfrentar o novo John Connor híbrido em várias batalhas intensas. John, com poderes de regeneração e força sobre-humana, é quase imbatível.
Eles elaboram um plano para destruir as instalações da Skynet antes da ativação de Gênesis. Pops se sacrifica várias vezes para atrasar John e dar tempo ao casal.
Na batalha final, em uma luta dentro da fábrica onde o Gênesis está prestes a ser ativado, Pops enfrenta John em um duelo brutal. Para destruí-lo de uma vez por todas, Pops se lança junto a John dentro de um campo magnético experimental, aniquilando ambos no processo.
O Sacrifício e a Nova Esperança
Com John destruído e Gênesis impedido de ser ativado, a humanidade tem uma nova chance. Kyle e Sarah conseguem sobreviver, mas a perda de Pops deixa Sarah profundamente abalada, já que ele foi para ela como uma figura paterna durante toda a vida.
Porém, em uma reviravolta final, é revelado que Pops não foi totalmente destruído. O campo magnético o reconstruiu em uma versão mais avançada: agora ele possui habilidades semelhantes a um T-1000, podendo regenerar partes do corpo com metal líquido, mas mantendo sua lealdade a Sarah.
Epílogo
O filme termina com Sarah e Kyle livres para escolher seu próprio futuro, já que a linha do tempo foi novamente alterada. Pops, agora em sua forma aprimorada, continua ao lado deles como protetor. Ainda assim, uma cena pós-créditos mostra que o núcleo de Gênesis sobreviveu e continua ativo, sugerindo que a ameaça da Skynet ainda não acabou.