Ένας χάκερ ανακαλύπτει ότι ο κόσμος γύρω του αποτελεί μια προσομοίωση της πραγματικότητας. Η ανθρωπότητα, εν αγνοία της, συντελεί στον ίδιο της τον αφανισμό, εκτός αν βρεθεί κάποιος να την αφυπνίσει.
Μετά την ανακάλυψη στη Σελήνη ενός μυστήριου, μαύρου μονόλιθου, που ίσως κρύβει πολλές απαντήσεις γύρω από την καταγωγή της ανθρωπότητας, ξεκινά ένα ταξίδι αναζήτησης προς το άγνωστο, ένα διαστημικό ταξίδι στον πλανήτη Δία. Αρχηγός της ομάδας, που συγκροτείται, είναι ο Ντέιβ, καθοδηγούμενος από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή τεχνητής νοημοσύνης, τον ΧΑΛ. Όμως ο ΧΑΛ, που ρυθμίζει τις λειτουργίες του σκάφους, θα παρουσιάσει ξαφνικά παράξενες διαταραχές και θα στραφεί ενάντια στους ίδιους τους κοσμοναύτες.
Έπειτα από μακελειό στην εκκλησία, τη μέρα του γάμου της, μια γυναίκα πέφτει σε κώμα. Ξυπνά έπειτα από πολλά χρόνια και αρχίζει να αναζητά τον Μπιλ, εκείνον που διέταξε τη σφαγή. Στο δρόμο της στέκονται εμπόδιο μπράβοι και πληρωμένοι δολοφόνοι.
O Νίο, ο Μορφέας, και η Τρίνιτυ μας «ξυπνάνε» μέσα στον αφόρητα πραγματικό και σκοτεινό κόσμο του Μάτριξ. Αποστολή του Νίο είναι, να σώσει σε 72 μόλις ώρες την Ζάιον, την τελευταία ελεύθερη πόλη, από ένα στρατό 250.000 φονικών μηχανών που απειλεί να την καταστρέψει. Σε αντίθετη περίπτωση το ανθρώπινο γένος θα εξαφανιστεί από προσώπου Γης. Οι κάτοικοί της ωστόσο, ενθαρρυμένοι από την πεποίθηση του Μορφέα ότι η προφητεία θα εκπληρωθεί και ο πόλεμος με τις μηχανές θα λάβει τέλος, χάρη στον «εκλεκτό» που είναι ο Νίο, εναποθέτουν όλες τις ελπίδες τους σ΄ αυτόν. Ο Νίο όμως, βασανίζεται από τρομακτικούς εφιάλτες που αφορούν τη ζωή της αγαπημένης του Τρίνιτυ.
Το πρώην στέλεχος των ειδικών δυνάμεων, Φρανκ Μάρτιν, μεταφέρει ο,τιδήποτε οπουδήποτε, αρκεί η τιμή να είναι καλή, και επειδή δεν κάνει ερωτήσεις είναι περιζήτητος. Αλλά όταν ανακαλύπτει πως το τελευταίο του φορτίο είναι ζωντανό, δημιουργείται μια αλυσίδα επικίνδυνων γεγονότων. Η δεμένη και φιμωμένη Λάι μεταφέρεται κρυφά στη Γαλλία από έναν ύποπτο Αμερικανό επιχειρηματία, και ο Φρανκ προσπαθεί να τη σώσει ενώ παράλληλα ένας Γάλλος ντετέκτιβ αποκαλύπτει τις παράνομες δραστηριότητές του.
Ο Νίο έχει παγιδευτεί στον «Σιδηροδρομικό Σταθμό», μια διάσταση κάπου ανάμεσα στο Μάτριξ και τον πραγματικό κόσμο. Ο Μορφέας, η Τρίνιτι και ο Σέραφ οργανώνουν την επιχείρηση διάσωσής του ζητώντας τη βοήθεια του Μεροβίγγιου. Εντωμεταξύ οι στρατιές των Μηχανών κατευθύνονται προς την Ζάιον, το τελευταίο οχυρό της ανθρώπινης αντίστασης ενάντια στην κυριαρχία τους. Όμως δεν έχουν ακόμη αντιληφθεί πως κάποιος έχει αποκτήσει τον έλεγχο του Μάτριξ με σκοπό να καταστρέψει τα πάντα: ο κύριος Σμιθ! Ενώ η Ζάιον αντιστέκεται σθεναρά στις καταιγιστικές επιθέσεις των Μηχανών, ο Νίο καταδύεται στα άδυτα του Μάτριξ σε μια ύστατη προσπάθεια να έρθει αντιμέτωπος με τον Σμιθ και να ματαιώσει τα σχέδιά του.
Δυο ονειροπόλοι θέλουν να γίνουν, πάση θυσία, κυβερνητικοί πράκτορες, για να ζήσουν τη γοητεία της περιπέτειας. Παραδόξως, το καταφέρνουν, δεν υποψιάζονται, όμως, ότι ανώτατα κυβερνητικά στελέχη τους χρησιμοποιούν ως δολώματα για να φέρουν σε πέρας μια μυστική αποστολή με στόχο την καταστροφή ενός σοβιετικού πυραύλου
Οι επιστήμονες του Κέντρου Τεχνολογικής Εξέλιξης για την Επιβολή του Νόμου μόλις κατάφεραν να κατασκευάσουν τον SID 6.7: έναν οργανισμό εικονικής πραγματικότητας, «οπλισμένο» με τις ικανότητες περισσότερων από 150 serial killers! Όταν τελικά ο SID 6.7 ξεφεύγει από τον έλεγχο των δημιουργών του σπέρνοντας τον τρόμο και τον θάνατο, ο Πάρκερ Μπαρνς (πρώην αστυνομικός που τώρα εκτίει ποινή φυλάκισης για την δολοφονία του serial killer που σκότωσε την σύζυγό του και το παιδί του) προσφέρεται εθελοντικά για να εντοπίσει τον SID και να τον βγάλει από την μέση...