上一部结尾，尼奥（基奴李维斯 饰）终于意识到自己的能力和使命，中弹复活后，变成了无所不能的“救世主”，他和女友崔妮蒂（凯莉·安·摩丝 饰），舰长墨菲斯（劳伦斯·菲什伯恩 饰）回到了人类的基地锡安，受到人们的热烈欢迎。 此时，“母体”决定先下手为强，派出了两万五千只电子乌贼攻击锡安基地；墨菲斯、尼奥和崔妮蒂则再次进入“母体”，寻找“制钥者”，准备从内部破坏；而本该被尼奥消灭的特勤史密斯似乎出了点问题，脱离了“母体”的控制，拥有可怕的复制能力，阻碍尼奥他们的行动。
利亚姆从车祸中醒来，却不记得他是谁。当他走进小镇寻求帮助时，他发现只有死人，所有的人都有着奇怪苍白的眼睛。利亚姆的第一感应是，一种病毒出现在空气中。但他很快就发现了可怕的真相：“任何一个在离他50英尺半径范围内的人都会立刻死亡。”
一个运气不佳的自行车手迈尔斯某天偶然发现一只先进、机器、军用的机器狗A.X.L.，其心脏是真狗的心脏，其他部位装备新一代人工智能。迈尔斯和AXL在日常交往中逐渐增进感情，而无赖军事科学家要不顾一切将AXL捉回，迈尔斯与他的梦中情人、足智多谋莎拉组队，为保护他的新朋友，踏上了一段史诗般的冒险旅程。
