Чувствуя приближающуюся опасность, Коннор с сыном оставляют, казалось бы, спокойную жизнь в Небраске и отправляются в маленький неприметный городок в Нью Мехико, надеясь залечь там на дно. Обескураженный жених Сары обращается в полицию, и, сам того не ведая, подвергает жизни беглецов опасности. Вскоре Джона и его мать ждет встреча с беспощадным механическим убийцей, а также знакомство с их новой защитницей, которая сообщает Саре неожиданную новость и предлагает свою помощь в предотвращении апокалипсиса.
Прибыв в 2007 год, Сара надеется, что в этом времени ей с сыном ничего не угрожает, но уже через три дня ее надежды разбиваются, когда они с Кэмерон сталкиваются с еще одним терминатором. Едва не закончившаяся трагедией встреча вынуждает женщину обратиться за новым документами к старому знакомому, в то время как оставленный взаперти Джон нарушает данное матери обещание, а старый враг Конноров восстает из мертвых.
Узнав имя в будущем важного для «Скайнет» человека, Сара заводит с ним знакомство и вскоре узнает о его тайной разработке. Тем временем Джон с Кэмерон начинают посещать школу, пытаясь не выделяться, однако сделать это оказывается непросто, когда они становятся свидетелями трагического инцидента. Кромарти же ищет способ восстановиться, для чего использует вложенные в него знания, а также навыки ученого, способного воссоздать материю будущего.
Узнав, что Кромарти, вероятно, продолжает их преследовать, а также получив сведения о прибывшем в город материале для изготовления будущих терминаторов, Сара хочет залечь на дно, однако стараниями сына соглашается проследить за грузом. Переживая за свое бессилие в этой войне, Джон решает проявить инициативу, благодаря чему вскоре оказывается в ловушке с еще одним роботом. Между тем Эллисон, обнаруживший связь убийства пластического хирург с предыдущими делами ФБР, старается найти подтверждение своим догадкам.
Сара узнает, что Энди не только восстановил свое творение, но и усовершенствовал его, а также собирается выставить «Турка» на шахматном чемпионате, победителя которого ждет контракт с военными. Тем временем Джон проявляет интерес к загадочной однокласснице, а Кэмерон предстоит беседа со школьным психологом, в ходе которой она старается выглядеть обычной школьницей. Кромарти же в новом обличье навещает Чарли Диксона, которому представляется разыскивающим Сару агентом ФБР.
В надежде спасти тяжело раненого Дерека, Джон обращается за помощью к единственному, кому они могут доверять – бывшему жениху его матери, парамедику Чарли Диксону. В обмен за помощь Сара вынуждена рассказать Чарли, где она была все эти годы и кем ей приходится раненный незнакомец. Между тем воспаленный разум Риза мечется между настоящим, прошлым и будущим, вспоминая о деталях его миссии, объясняющих некоторые из поступков мужчины.
В поисках утерянной конечности робота, Сара проникает в квартиру агента Эллисон, где обнаруживает досье и видеофайлы из психиатрической больницы, один из которых вскоре случайно попадает в руки Джона. Тем временем сам Эллисон навещает когда-то лечившего Коннор психиатра, не подозревая, чем обернется этот визит. Кэмерон же получает задание отыскать партнера Энди Дмитрия и выяснить, куда именно исчезла разработка покойного ученого.
Кромарти продолжает поиски Джона, для чего добывает список учеников близлежащих школ, подходящих под заданные параметры. Тем временем Дерек разоблачает ложь Кэмерон, а Джон старается извлечь пользу из сохраненного ей чипа, раскрывая детали прикрытия уничтоженного ими робота, и тем самым получая наводку на еще одну цель «Скайнет». Между тем Сара пытается вернуть «Турок», а Кэмерон предлагает свою помощь в разрушении планов противника.
Переговоры с загадочным бизнесменом для «Турка» оказались сложнее, чем ожидалось. Агент Эллисон и команда HRT пытаются убить Кромарти, изображающего из себя агента ФБР Роберта Кестера. Дерек берет Джона с собой на день рождения, где они знакомятся с молодыми братьями Дереком и Кайлом Риз, отцом Джона. Когда Кэмерон включает зажигание в своем джипе, взрывается бомба.
События начинаются на том самом месте, где заканчиваются события последней серии первого сезона. Камерон садится в джип, не зная того, что Саркисян заложил туда бомбу. Джип взрывается, и нарушается работа её чипа. Вследствие этого она возвращается к своей первостепенной цели — ликвидировать Джона Коннора. После продолжительной погони Камерон за Джоном и Сарой, её побеждают, зажав между грузовиками. И, когда Джон с намерением остановить Камерон извлекает её чип, она, в последние мгновения, произносит «Я люблю тебя, Джон». Рука Джона не поднялась уничтожить её, и он, рискуя своей жизнью, через некоторое время, вместо того, чтобы расплавить эндоскелет Камерон, возвращает её чип, предварительно «восстановив» его. Камерон провела проверку и восстановила прежнее состояние системы, более не пытаясь его убить. К разговору о её признании они не возвращаются. Президент технологической компании «ЗейраКорп» Кэтрин Уивер приобретает «Турка» и объявляет о создании нового отдела компании. Фильм не утаивает, что она является новым жидко-металлическим терминатором модели Т-1001, однако её цели совсем иные, нежели охота на конкретных личностей. Она создает ИИ, подобный ИИ Скайнет.
Тяжело раненый участник Сопротивления, явившийся из будущего, сообщает, что нужно остановить Карла Гринвея на атомной электростанции Серрано-Поинт, которая в будущем станет одной из ключевых баз в борьбе со Скайнетом. Сара, Дерек и Камерон отправляются на электростанцию. Им удается узнать, что через два дня должны запустить атомный реактор под руководством Гринвея. Сара знакомится с ним и узнает, что он откладывает запуск из-за неполадок. Камерон взламывает компьютер и выясняет, что неполадка связана с несоответствием в системе охлаждения. На следующий день Дерек обнаруживает Карла Гринвея повешенным в собственном доме, в тот же момент Сара видит Гринвея на станции и понимает, что это терминатор. Терминатор запускает реактор, не обращая внимание на угрозу аварии. Камерон и Сара пытаются восстановить охлаждение реактора, Камерон убивает терминатора, швырнув его на огромные трансформаторы, где тот получает слишком большой разряд тока. Тем временем, Джон находит себе подругу, — девушку по имени Райли, и приглашает её домой. Это вызывает недовольство Сары. После предотвращения аварии на станции решено установить автоматизированные технологии, разработанные фирмой Кэтрин Уивер. Кэтрин Уивер продолжает разработку своего нового проекта. После возвращения домой Сара, Джон и Дерек обнаруживают последние слова умирающего члена Сопротивления, прибывшего в начале эпизода — список людей и мест, которые могут иметь хоть какое-то отношение к Скайнету.
Кромарти похищает жену Чарли. Пока Сара и Дерек пытаются её спасти, Джон сбегает от Камерон, чтобы провести время с Райли. Кромарти звонит Джону и голосом матери назначает встречу на пирсе. Джон приходит, но там его ждет не Сара, а терминатор. Спасаясь от него, он ныряет в воду. Кромарти следует за ним, но, так как он сделан из тяжелого металла, уходит ко дну. В этот момент Камерон находит Джона. Сара, Дерек, Чарли и его супруга Мишель пытаются выбраться из здания, в котором Кромарти держал жену Чарли. Происходит взрыв, Мишель получает ранение. Её пытаются доставить в больницу, но рана слишком серьёзная, и женщина всё-таки погибает. Серия заканчивается похоронами Мишель.
У Камерон по неизвестной причине происходит сбой и она временно забывает, что она киборг. В ней начинает работать скопированная матрица личности реальной девушки Эллисон Янг — бойца Сопротивления, которую Камерон допрашивала о местоположении Джона Коннора, еще будучи на стороне Скайнет. В этой серии зрители узнают историю происхождения Камерон. Жидкометаллическая Кэтрин Уивер берёт ушедшего из ФБР Джеймса Эллисона на работу в должности начальника службы безопасности компании «ЗейраКорп». Он должен помочь ей найти других терминаторов.
Дерек из газет узнает, что произошло убийство некого Мартина Беделла. Он догадывается, что его убил терминатор, который, вероятно, запрограммирован на убийство всех людей с таким сочетанием имени и фамилии. Мартин Беделл — одна из ключевых фигур в окружении Джона Коннора в будущем. Выпускник военной академии, Беделл важен тем, что поможет Джону создать дееспособное и организованное Сопротивление, а позднее спасет жизнь Джону и еще 39 пленникам концлагеря Скайнет. Дерек знает Беделла в лицо, знает его биографию — терминатор убил не того. Джон и Дерек внедряются в военную академию, чтобы защитить будущего члена Сопротивления от покушения Т-888. Тем временем Сара и Камерон охраняют другого Мартина Беделла, маленького мальчика, так как понимают, что терминатор может прийти сначала за ним. Уивер даёт Эллисону его первое задание.
Проверяя написанные бойцом имена, Сара с натыкается на фамилию детского психолога Бойда Шермана и, чтобы понять, какое отношение тот имеет к «Скайнет», записывается к нему на прием вместе с Джоном и Кэмерон. Хотя Коннор не планирует воспользоваться услугами доктора, Джон видит в ситуации возможность высказать то, что творится у него в душе. Между тем у Кэтрин возникают сразу две проблемы – с дочерью Саванной и с ее новой разработкой, помочь с решением каждой из которых способен Шерман. Дерек же обнаруживает в настоящем свою подругу из будущего, откуда тем временем прибывает еще один терминатор.
Обнаружив, что из-за забывчивости новой подруги Джона их дом ограблен, Сара, Дерек и Кэмерон отправляются на поиски вора, укравшего документы и драгоценности. Тем временем Эллисон сталкивается со своей механической копией, оказывается за решеткой за преступление, которого не совершал, а также находит спасителя в лице своего нового работодателя. Кромарти же, раздобыв фото соперницы из приюта для бездомных, возобновляет преследование беглецов.
Желая хоть ненадолго отдохнуть от бесконечных скитаний и опасений за свою жизнь, Джон, вместо того, чтобы послушаться совета матери и порвать с Райли, решает провести с девушкой выходные в Мексике, вдали от своих родных. Однако и там юношу настигают неприятности – сначала в лице местных дельцов и полиции, а после – старого врага из прошлого. Между тем Эллисон получает звонок от мексиканского шерифа, что запускает цепочку событий, приводящую агента к женщине, которую он все это время искал.
Саре снятся кошмары, в которых фигурирует знак из трёх точек. Джон считает, что мать переутомилась. Вместе с Камерон Джон ищет исчезнувшее тело Кромарти. Вместе они допрашивают Джеймса Эллисона, но тот клянётся, что ни при чём. Однако он соврал им, как и предполагала Камерон. Позже Эллисон отдаёт тело Кромарти своей работодательнице Кэтрин Уивер. Дерек и его подружка пытаются расколоть пойманного Джесси агента Скайнета — Чарльза Фишера, присланного из будущего. Работой Фишера в будущем было обучение терминаторов модели Т-888 человеческому поведению и пыткам людей. Также Джесси говорит о том, что Фишер пытал Дерека, однако последний не помнит ни пыток ни самого Чарльза, что заставляет Дерека задуматься над тем, что его действия в прошлом уже начали вносить измемения в будущее. В конце эпизода Джесси всё-таки убивает Чарльза из будущего, а молодой Фишер из настоящего попадает в тюрьму на пожизненное заключение за преступление, которое совершил ранее его аналог из будущего.
Навязчивые идеи Сары о символе из трёх точек ведут её к компании, у которой, по её мнению, есть «Турок». Однако поиски в этом направлении ни к чему не приводят. Джесси понимает, что кое-кто может помешать её планам. Джеймс Эллисон сталкивается с неожиданными последствиями разработок компании ЗейраКорп — мощный ИИ по имени Джон Генри случайно убивает доктора Шермана, психолога, нанятого ранее Кэтрин Уивер для помощи в его развитии и обучении. Кэтрин Уивер предлагает Эллисону работу по «очеловечиванию» Джона Генри, и тот, хоть и с колебаниями, соглашается. У Райли происходит нервный срыв, показывающий, что она прекрасно осведомлена о предстоящем Судном дне и последующих событиях.
Выясняется, что у Камерон есть секреты. По ночам она ходит к своему другу-библиотекарю Эрику, который дежурит в ночную смену в книгохранилище местной библиотеки. Душевный малый с тяжёлой судьбой болен раком, передвигается на инвалидной коляске. Вместе исследуя архивы, они находят исторические упоминания о терминаторе, ставшем известным под именем Майрон Старк, по ошибке попавшем не в то время, а именно в 31 декабря 1920. Своим появлением он случайно убил крупного банкира, которому суждено было построить важное в будущем для Скайнет здание, где данный терминатор должен будет в 2010 году убить губернатора Калифорнии. Майрон Старк заменяет банкира собой и становится ударником труда, организуя строительство нужного здания. Благодаря этим изысканиям Камерон находит терминатора в режиме ожидания, замурованного в стену здания до нужного часа, напротив места убийства губернатора. Она убивает Старка, предварительно прищемив его лифтом. Тем временем отношения Джона и Райли продолжают улучшаться.
Сара и Кэмерон пытаются спасти от смерти членов семьи Филдс, чью фамилию погибший боец написал на стене. Однако охотящийся на супругов и их дочь терминатор планирует убить лишь одного человека, и Коннор пытается выяснить, кто из них и почему заинтересовал «Скайнет». В это же время Дерек вспоминает о сразу двух моментах в будущем – случае, где он еще раз пришел на выручку Филдсам, и о своей первой встрече с Джесси, едва не ставшей последней для каждого из них.
В поисках смысла трёх точек, которые Сара видела ранее в своих кошмарах, она находит блоггера, которому кое-что известно о символе. Парень, у которого проблемы с законом и ориентацией, охотится на НЛО, хотя есть вероятность, что это никакие не инопланетяне. Тем временем у Райли и Камерон происходит конфликт на почве отношений с Джоном. Также раскрываются некоторые детали в отношениях Райли и Джесси. Джеймс Эллисон пытается объяснить Джону Генри ценность человеческой жизни. В конце эпизода Сара находит небольшую фабрику в пустыне, связанную с её поисками, начатыми в начале эпизода, но попытка проникнуть на неё заканчивается не очень удачно. Она убивает охранника и получает тяжёлое ранение в ногу. Теряя сознание, она видит над собой в лучах света невероятный летающий объект.
Раненая Сара находит поддержку в образе умершего Кайла, который помогает женщине выбраться и расположить к себе взятого в плен врача, согласившегося подлатать Коннор. Тем временем Джесси вытаскивает Райли из госпиталя, но смягчается, узнав о ее мотивах. Эллисон же, встревоженный тем, что Джон Генри умело использует полученные из интернета данные, сообщает об этом Уивер, которая, при разговоре с роботом, узнает об утечке информации на одном из своих объектов.
Сара с Дереком, Джоном и Кэмерон посещают поминальную службу, посвященную жертвам взорвавшегося склада компании, где надеются отыскать доказательства связи произошедшего с деятельностью «Скайнет». Уивер же отправляет одного из своих людей на поиски возможного выжившего во взрыве, а также, стремясь развеять подозрительность агента Эллисон, вновь начинает работать над усовершенствованием имитации материнской любви к Саванне.
Преследуемая кошмарами, в которых ее берет в заложники неожиданно выживший охранник завода, Сара отправляется в клинику сна для лечения от бессонницы. Однако, когда в больнице начинают происходить странные вещи, Коннор проводит расследование и раскрывает еще один замысел «Скайнет», за что ей придется заплатить высокую цену. Тем временем грань между настоящим и вымышленным мирами истончается, заставляя женщину бороться за жизнь в каждой реальности.
У Камерон проявляются новые сбои — непроизвольные рефлексы. Камерон задается вопросом, можно ли ей доверять и не станет ли она снова пытаться убить Джона, но сам он больше обеспокоен тем, что Камерон может убить Райли из-за того, что последняя привлекает слишком много внимания окружающих. Тем временем Райли выясняет, что её напарница, Джесси, предала её, и пытается спровоцировать Камерон на убийство Райли, чтобы Джон навсегда отвернулся от Камерон. При попытке выяснить отношения наедине, у Райли и Джесси происходит драка, и Джесси убивает её.
Джесси вспоминает изменившую её жизнь боевую задачу на борту военной субмарины «Джимми Картер». Подводной лодкой управлял перепрограммированный терминатор, который в один момент внезапно изменил маршрут. Он сказал Джесси, что Джон Коннор приказал ему забрать загадочный груз с прибрежной нефтяной платформы. Тем временем, Сара узнает о смерти Райли и обвиняет во всем Камерон, однако Джон сомневается в этом. Сара и Джон решают, что они более не могут продолжать жить в текущем доме и планируют покинуть его. На прощание Джон пробирается в морг, чтобы последний раз увидеть Райли, однако замечает следы драки на её теле. Он понимает, что если бы Райли убила Камерон, то она сделала бы это очень легко и без причинения лишних телесных повреждений.
Роковой поворот в миссии Джесси на субмарине - груз, который они забрали с нефтяной платформы, и о котором ничего не знал экипаж подлодки, оказывается замороженным контейнером, в котором содержится жидкометаллический терминатор. При открытии контейнера робот принимает облик женщины и, прежде чем сбежать с корабля, велит Джесси передать Джону Коннору ответ: «Нет». На базе Камерон объясняет Джесси, что это был ответ на предложение присоединиться к Сопротивлению. Коннор знает, что у модели Т-1001 нет возможности отключить самообучение центрального процессора, поэтому она может пересмотреть своё мировоззрение и перейти на сторону человечества, что, собственно она и сделала - Т-1001 с подлодки вернулась в прошлое, чтобы создать оружие против Скайнет, используя «Турка». Сара не доверяет Камерон, все считают, что Райли убила именно она, так как у Камерон даже были некоторые проявления ревности. Но в итоге Джон узнаёт правду и приходит к Джесси, но не убивает её, а отпускает с позором, мотивируя это тем, что Райли её смерть уже не вернёт. Джесси уходит, но на парковке её ждет Дерек. После небольшого прощального разговора он говорит ей, что Джон сказал отпустить её, но Дерек — не Джон Коннор… Джесси понимает, что Дерек хочет убить её и делает отчаянную попытку убежать. Дерек достаёт пистолет и стреляет ей в след.
Опасаясь за свою жизнь, Сара прячет Джона в безопасном доме вместе с единственным, кому она может доверять — Чарли Диксоном. Однако, оказывается, что место не безопасное. Чарли погибает. Камерон и Дерек пытаются работать вместе. Камерон рассказывает Дереку о том, что Джесси была беременна, но потеряла ребенка во время событий на борту субмарины. На Джона Генри производится кибер-атака со стороны ИИ, которого он идентифицирует как своего «брата» и который, вероятно, является прототипом Скайнет.
Джон вычисляет, что Саванна может стать следующей целью Скайнета. Он не ошибся, и за ней приходит ещё один терминатор, выдавший себя за доставщика воды. В схватке с этим терминатором в доме Кэтрин Уивер гибнет Дерек. За спасение Саванны, Уивер хочет поблагодарить Сару лично и заодно узнать больше о Камерон, однако Сару хватает полиция и сажает в тюрьму за многие преступления перед федеральным законом. Джону и Камерон удаётся скрыться. В довершение к этому становится ясно, что Сара больна раком, о чём ранее говорила Камерон.
После неудачной попытки ликвидации Саванны, терминатор из предыдущего эпизода идёт к своей следующей цели — Кэтрин Уивер, не ведая того, что настоящая Кэтрин была убита и скопирована Т-1001. Кэтрин легко расправляется с терминатором. Сара связывается со священником и просит передать послание сыну, чтобы тот не пытался освободить её из тюрьмы и бежал, однако после этого Камерон поймала следившего за ними агента Эллисона, корого отправила Уивер, чтобы он задал Камерон вопрос: «Вы присоединитесь к нам?». Будущий Джон Коннор задавал этот вопрос этому же терминатору, но тогда он получил отрицательный ответ. Камерон понимает, что теперь этот T-1001 на их стороне, и отправляется с Джоном на штурм лос-анджелесской тюрьмы для освобождения Сары Коннор. Джон Генри помогает им, открывая все замки и камеры с заключёнными, устраивая тем самым переполох в тюрьме. В сильной перестрелке Камерон получает серьёзные повреждения. Бежав из тюрьмы и всё еще не зная того, что Джон Генри — союзник (Камерон ничего не сказала о произошедшем), команда Сары отправляется уничтожить его. Происходит долгожданная встреча Джона и Сары с Кэтрин Уивер, которая собирается посвятить их в свои планы, но в это время их всех пытается убить секретный беспилотник (из 15-го эпизода), и Уивер трансформирует своё тело в непробиваемый щит. Этим ей приходится выдать себя, спасая Джона, Сару и Джеймса. Становится ясно, что она является Т-1001. В это время Камерон, ослушавшись договорённости сидеть в машине и ждать возвращения Джона и Сары, идёт в подвал компании ЗейраКорп, где встречается с Джоном Генри. Но вместо того, чтобы убить его, она отдаёт ему свой чип, и Джон Генри вместе с ним перемещается в будущее. На экранах компьютеров Камерон оставляет сообщение «I’M SORRY JOHN» (рус. «ПРОСТИ МЕНЯ, ДЖОН»). Джон в полном отчаянии бросается в будущее за чипом Камерон, Уивер отправляется с ним, оставляя Эллисону заботы о Саванне. Сара решает остаться. Джон Коннор и Кэтрин Уивер попадают в будущее, но тело Камерон не проходит, так как в нём не было сознания. Становится ясно, что в этом будущем Джон не является лидером сопротивления (потому что он прошел сквозь время и не был свидетелем апокалипсиса, следовательно, знать о нем никто и не мог). Он встречает Дерека, своего отца Кайла и Эллисон Янг — девушку, по образу которой была создана Камерон. Финальной сценой становится разряд молнии над точкой перемещения, где, голос Сары произносит фразу «Я тоже тебя люблю».