On olemas kaks reaalsust: see, milles me päevast päeva elame, ja teine, mis asub selle taga. Neo otsib tõde Matrixi kohta, millest ta on kuulnud vaid arglikke sosinaid ja kuulujutte. See on midagi salapärast ja ohtlikku ning Neo on kindel, et see kontrollib kõigi inimeste elusid. Ta usub, et Morpheus, keda peetakse kõige ohtlikumaks meheks maailmas, on just see, kes suudaks anda vastuse küsimusele: mis on Matrix?
Psühholoog Chris Kelvin saadetakse Solarise planeedile rajatud baasi, et asendada seal enesetapu sooritanud doktorit. Kosmosejaamas kohtub Chris kahe ellujäänuga, dr. Snautiga ja dr. Sartoriusega, kes on aga väga salatsevad. Nad soovitavad Chrisil aega võtta ja kohaneda, peagi aga hakkavad meest häirima veidrad pildid ja helid, kaasa arvatud ilmutused tema seitse aastat tagasi surnud naisest.
Tulevikus, kus inimeste karjäärivõimalused määratakse juba sündides geenianalüüsiga, ei ole loomulikul teel sündinud Vincentil lootustki kõrgele positsioonile jõuda. Ühel päeval avaneb tal võimalus kasutada autoõnnetuse tagajärjel ratastooli jäänud Jerome'i identiteeti. Peagi saavutab ta Gattaca korporatsioonis edu ja ka tema eluaegne unistus võib täituda - ta valitakse Saturnile mineva meeskonna hulka. Kuid siis tapetakse missiooni juht ja kuritööpaigast leitakse tema ripsmekarv. Missioonini on jäänud loetud päevad ja nii peab mees üha kitsamaks muutuvas testiderägastikus oma identiteeti varjama...
Masinad palaanivad rünnata Zeoni, ainukest linna, kus on veel inimesi. Matrixisse ilmub tagasi eelmises osas hävitatud programm Smith (Hugo Weaving), mis on leidnud võimaluse ennast paljundada.
Masinad jõuavad viimaks Zeoni. Algab lahing maa saatuse üle. Samal ajal on programm Smith (Hugo Weaving) Matrixi hävingu äärele viinud. Neo (Keanu Reeves) läheb masinate linna, et seal masinatele ettepanek teha: Tema hävitab Programm Smithi, kui masinad nõustuvad inimestega rahu tegema.