Sau hai lần “giết hụt” John, Skynet lại đưa ra đại diện mới Terminatrix hay thường gọi là T-X nhằm tiêu diệt cả John lẫn vợ anh Kate Brewster người sẽ cùng anh lãnh đạo phong trào chống lại Skynet. Phe con người cũng bí mật gửi một Terminator CSM-101 có đôi chút cải thiện so với T-800 trở lại quá khứ bảo vệ hai người.

Sau vài lần đụng độ, John và Kate gặp nhau rồi phát hiện ra Skynet đang có kế hoạch tiếp cận hệ thống máy tính của quân đội Mỹ. Họ cố gắng cảnh báo cho mọi người, bao gồm cả cha Kate là một vị tướng của lực lượng quân đội Mỹ về nguy cơ Skynet chiếm lĩnh quyền kiểm soát toàn hệ thộng này. Nhưng T-X thì luôn săn lùng họ, còn Skynet thì âm mưu tiến hành cuộc chiến hạt nhân mở đầu cho cuộc chiến chống lại máy móc kinh hoàng, làm thế nào John và Kate cùng với Terminator CSM-101 “lỗi thời” có thể chiến thắng…