Dans un futur proche, au Mexique. Tous les jours, Memo Cruz accompagne son père qui doit acheter à un prix prohibitif les quelques litres d’eau assurant la survie de leur famille.
Los Angeles, quelques jours avant l'an 2000, Lenny Nero un flic déchu reconverti en dealer de clips prohibés, utilisant la technologie SQUID, capable d'enregistrer les flux du cortex cérébral et de les restituer à l'identique, reçoit un blackjack anonyme : l'assassinat en direct d'une de ses amies.
En 2029, une guerre oppose ce qui reste de l'humanité — décimée par un holocauste nucléaire — aux machines dirigées par Skynet, un système informatique doté d'intelligence artificielle qui a pour objectif la suprématie des Machines sur les hommes. La résistance humaine, menée par John Connor, étant sur le point de triompher en 2029, Skynet envoie dans le passé en 1984 un Terminator, un assassin cybernétique à l'apparence humaine afin de tuer la mère de John, Sarah Connor et ainsi empêcher la naissance de John, « effaçant » de manière rétroactive son existence et ses actes futurs. En réaction, John envoie à la même époque Kyle Reese, un résistant humain, afin de protéger sa mère.
En 1998, trois ans après avoir écarté la menace de Skynet, Sarah et John Connor profitent de la vie sur une plage de Livingston, au Guatemala, lorsqu'ils sont soudainement attaqués par un Terminator T-800. Renvoyé dans le temps par Skynet avant son effacement, le Terminator assassine John avant de disparaître.
Au lendemain de l'holocauste nucléaire du 29 août 1997, les survivants humains entrent en résistance contre la dictature des « machines » (des robots intelligents), ce qui les mène à la victoire en 2029.
John Connor, jeune adulte, n'est pas convaincu d'être débarrassé de la menace de Skynet et ne veut pas de son destin. Alors, il fuit continuellement, vivant de petits boulots, et sans aucun moyen pour le localiser (ni maison, ni téléphone, ni carte de crédit). Le Jugement Dernier ne s'est pas déroulé à la date prévue.
En 2029, John Connor, chef de la résistance humaine, mène la guerre contre les machines dans un monde ravagé à la suite d'une offensive nucléaire lancée par un programme de défense militaire, Skynet, le 29 août 1997. En pleine offensive de Los Angeles, John a des craintes quant à l'avenir, quand des espions TECOM révèlent un nouveau plan de Skynet : il prévoit de l'attaquer sur deux fronts, le passé et l'avenir, afin de changer définitivement l'issue du conflit.
En 2003, dans la prison de Longview, Marcus Wright va être exécuté pour le meurtre de son frère et de deux policiers. Le docteur Serena Kogan, elle-même condamnée par un cancer en phase terminale, tente de le convaincre de léguer son corps à la science. En l'occurrence à la genetic division (section génétique) de Cyberdyne Systems, l'entreprise responsable de la mise au point du programme Skynet. Peu après avoir signé le document que lui a présenté le docteur Kogan, Marcus est exécuté par injection létale.
Dans le futur, Mars est colonisée et exploitée pour le turbinium enfoui dans son sous-sol. La planète est tyranniquement administrée par Vilos Cohaagen, qui contrôle les mines et l'approvisionnement en oxygène.
À la fin du XXI siècle, la Terre a fait l'objet de plusieurs conflits chimiques qui ont rendu une bonne partie de notre monde inhabitable. Seuls deux grands territoires sont restés sains : les Îles anglaises, ainsi qu'une partie des côtes européennes, connue sous le nom d'Union Fédérale Britannique, puissance économique, et l'Australie, appelée « la Colonie », en état de pauvreté. Doug Quaid, un ouvrier fabriquant des robots de sécurité, en a assez de vivre la même vie, jour après jour. Intéressé par les offres de la société Rekall, qui propose à ses clients l'implant de souvenirs virtuels, il se lance dans l'aventure et décide de se faire implanter les souvenirs d'un agent secret en mission. Et il se retrouve brusquement embarqué dans une traque sans merci qui pourrait déterminer le sort de millions de vies, sans savoir s'il vit un rêve ou la réalité…