本片的故事设定在后启示录时代的2018年，约翰·康纳（克里斯蒂安·贝尔 饰）命中注定要去领导人类抵抗天网卫星和它的终结者军团。可是马可斯·莱特（萨姆·沃辛顿 饰）的突然出现改变了康纳信仰中的未来状况，这个神秘陌生人最后记忆自己关押在死囚监狱。康纳必须判断马库斯到底是来自于未来，还是从过去被拯救出来的。正当天网卫星准备发起最后一轮攻击之时，康纳和马库斯开始了潜入天网卫星操作心脏的冒险旅程，在那里他们将揭示隐藏在人类灭亡背后的惊人秘密。

终结者进化史

T-800 阿诺·施瓦辛格饰演的终结者 在《终结者》和《终结者2》中登场
2026年，天网开始制造T-800系列机器人，它们以生物组织包裹超强合金机械，由微电脑控制，全身武装异常坚固，具有高度智能，可以很好地潜藏在人类社会。T-800的中央处理器为学习型，可以储存几乎无限大的知识。但在外出执行任务时时，天网会把所有终结者的属性设定为只读，也就是不能学习更多的新知识，这是因为天网不允许任何终结者有自己的思想。在《终结者》和《终结者2》里面出场的T800都是塞泊汀人工电脑系统101型，也就是阿诺的外形。体内的两块电池可以连续使用120年。

T-850 阿诺·施瓦辛格饰演的终结者 在《终结者3》中登场
T-800的升级版，有着和T-800一样的外表，具体升级能力不详，只知道拥有比T-800更高的智能，跑动速度更快。天网为了刺杀约翰，所以制造了这种型号的终结者。2032年7月4日，一台T850混入人类基地，由于外表和T-800没有差异，T-850成功杀死了人类领袖约翰·康纳。

T-888
Garret Dillahunt饰演的终结者
在《终结者外传》中登场
比T-850更高级的版本，T-888相比前面两个型号在骨架上做了很大的改进，运动机能得以大幅强化，T-888的跑步速度已经和T-1000、T-X差别不大。各方面能力都比较均衡，本体有防水能力，不过对强电流比较没辙，缺点是过载之后经常会当机重启。不过，掉了头也能找回来，真可谓是小强级的机器人了。

T-1000
罗伯特·帕特里克饰演的终结者
在《终结者2》中登场
外表为男性，由电脑控制的液体金属组成，可以变形为任何体积相当的物品，可以由身体局部变形为刀，剑等简单的固态物品。自身应变能力强大，可在摄氏零下200度到摄氏4000度的温度下生存。身体被炸了或者被分解了都可以变回来。电池续航时间不详。自身不带任何武器。但强大的生命力以及狡猾的AI令人胆颤心惊。

T-X
克里斯塔娜·洛肯饰演的终结者
在《终结者3》中登场
美女外观，构成方式既类似于T-800，又类似于T-1000，很奇怪的“超合金骨骼+液体金属拟真皮肤”构成方式。T-X的皮肤并不是真正的有机物活体组织，而是和T-1000一样由特殊液体金属组成。T-X的骨架坚固无比，而且具备超精细的局部变形能力（机械式变形，非融化式变形）。右手装备有一支强大的合成武器，主武器为粒子冲击炮，副武器则有火枪等武器。手臂变形成枪的时间大概为1.5秒，粒子冲击炮蓄力时间为3秒，火枪无须蓄力，而左手则则装备电锯等工具。

T-?
萨默·格劳饰演的终结者
在《终结者外传》中登场
美女外观，非天网制造，由约翰·康纳亲手改造，成为了约翰的贴身侍卫。高度仿真，甚至可以像人类一样进食，还有人类的名字“卡梅隆”（汗|||）。具体型号不明，但从她的视角与888除了是彩屏之外完全一样，在加上当机重启也是120秒来说，她的型号或者系统和T-888不会差距太远。