Animatrix è una raccolta di cortometraggi ispirati direttamente alla celebre saga di Matrix. I nove cortometraggi sono diretti da alcuni tra i maggiori registi giapponesi di anime. Lo sfondo comune è quello dell'universo di Matrix e del conflitto fra l'uomo e le macchine.

Nell'anno 2116 il governo giapponese inizia ad esportare i droni del "Sybil System" in paesi in difficoltà e il sistema si diffonde in tutto il mondo. Uno stato nel mezzo di una guerra civile, SEAUn (l'Unione del Sud East Asiatico, pronunciato "shian"), accetta di introdurre il "Sybil System" come esperimento. Sotto il sistema, la cittadina costiera di Shambala Float raggiunge sicurezza interna e una pace temporanea. Ma successivamente il governo di SEAUn manda un gruppo di terroristi in Giappone, che si infiltra nel sistema per attaccarlo dall'interno. L'ombra di un certo uomo ricade sull'incidente. A capo della polizia, Tsunemori decide di andare a Shambala Float per investigare. La verità dietro la giustizia in questo nuovo paese le diventerà presto chiara.

Continua la caccia all'Hacker colpevole di aver creato "Fire starter", un virus in grado di modificare i ricordi nei cervelli cibernetici. Questo sarà il caso che porterà alla nascita vera e propria della Sezione 9.

Iria è una bellissima cacciatrice di taglie, proveniente da un altro pianeta, che arriva sulla Terra per portare a termine la propria battaglia con Zeiram, una invincibile creatura aliena. Insieme a due terrestri, gli elettricisti Kamiya e Teppei, Iria e Zeiram rimangono intrappolati in una dimensione parallela chiamata la "zona", e dotati di un tempo limitato per concludere la propria battaglia.

Yoji è segretamente innamorato di Sachiko. Una sera, dopo aver trovato una strana armatura piovuta dal cielo, il ragazzo salva la giovane da un'aggressione, ma rimane ferito. Sachiko lo porta a casa sua e lo cura. Mentre i due si dichiarano vicendevolmente amore, l'armatura trovata da Yoji prende improvvisamente vita e, grazie ad alcune braccia meccaniche, impianta un mostriciattolo nel corpo di Sachiko.

In un mondo futuristico (anno di grazia 2013) Johnny 2.0, clone di un brillante scienziato, viene mandato indietro nel tempo per cercare di catturare il suo creatore. Con l'aiuto di Nikki, una terrorista, il cyborg scoprirà invece l'oscura e sconcertante verità che si nasconde dietro la sua creazione.