Leonard és un investigador d'una agència d'assegurances que té la memòria irremissiblement danyada per culpa d'un cop al cap sofert en intentar evitar l'assassinat de la seva dona, aquest és l'últim fet que recorda del passat. Per culpa del cop ha perdut la memòria recent, és a dir, els fets quotidians desapareixen de la seva ment en uns minuts. Així doncs, per investigar i venjar l'assassinat de la seva esposa ha de recórrer a l'ajuda d'una càmera instantània i a les notes tatuades en el seu cos.

Thomas "Neo" Anderson va prendre una costosa decisió quan va decidir fer la pregunta que Morfeu i Trinity havien formulat abans que ell. Cercar i acceptar la veritat. Alliberar la seva ment de Matrix. Ara, Neo adquireix un major domini dels seus extraordinaris poders mentre Sió cau assetjada per l'Exèrcit de les Màquines. Només una qüestió d'hores separa a l'últim enclavament humà a la Terra de 250.000 Sentinelles programats per destruir a la humanitat. Però els ciutadans de Sió, animats per la convicció de Morfeu que l'Elegit farà realitat la Profecia de l'Oracle i posarà fi a la guerra amb les Màquines, posen totes les seves esperances i expectatives en Neo, que es troba bloquejat per visions inquietants mentre cerca quines mesures prendre.

Anys cinquanta. Una acomodada i modèlica mestressa de casa de Connecticut porta una vida aparentment equilibrada, satisfactòria i programada segons els cànons de la família burgesa americana. No obstant això, de manera inesperada, ha d'enfrontar-se a una gravíssima crisi matrimonial.