《終結者3》結局時，地球已經被天網核平，電影最後一幕，地表有一具T-800的殘骸，這具殘骸正是人類2018年，與天網決戰的遺蹟。從《終結者4》開始，就已經不再講穿越阻止的事情，而是在未來世界，人類與天網的戰爭。
彼時，天網已經進化成一個超級超級生命體，它能通過一種短波，控制世間一切的機器和系統。它們已經將人類盡數殲滅，只有以康納為首的少數反抗軍，在繼續抵抗天網的屠殺。機器人軍團的主要型號是T-600，不過天網已經在秘密研發T-800，除此之外，機器人軍團還有一個重型機甲，這是一種巨人型號的機器人，戰鬥力十分強悍，能摧毀沿途的一切障礙物，人類根本無法戰勝它，只有逃跑的份。
01
雖然康納已經預言審判日的出現，包括天網在研發T-800的秘密，甚至他的威望已經高於反抗軍首領，可是他依舊未能成為反抗軍的領袖。在2018年，人類已經發現天網的弱點，那就天網發射的短波是可以被屏蔽的，一旦全面屏蔽天網的信號，就可以徹底摧毀天網的軍團。為了安全起見，康納帶著一眾小弟，決定先找一架無人機測試一下，結果無人機很快就被他們屏蔽信號，失去控制力，墜毀在地。這次測試的成功，很大程度提升了反抗軍的士氣，首領也決定讓康納，凌晨四點，對天網發起全面進攻，可是康納否決了他的命令，因為他覺得，必須先救出被天網抓捕的老百姓，才能對天網發起總攻。
與此同時，一名叫馬庫斯的男人從廢墟總突然醒來，他不知道自己的名字，也不知道自己是誰，生活在什麼年代，他如同是一個被抹除掉記憶的人，一直在雨中怒吼。
原來他原本是一名死刑犯，後來由於捐獻遺體，將身體交給了一家研究機器人的公司，最後公司將他改造成一個半人半機器的合成人。如今他一醒來，就一臉懵逼，不過他的生存能力很強，很快就與當地人結盟一起，並維修好車子，一起逃命，由於隊伍里有一名叫凱爾的人，所以天網派出的直升機一直在追殺他們，因為凱爾就是康納的父親，他是穿越到過去，認識莎拉，並生下康納的人。
為了逃命，他們一路開車狂奔，來到一個倖存者的避難所，可是這群倖存者根本不想收留他們，只給了小女孩一些食物，就打算驅趕他們離開，雙方還沒理論清楚，突然一隻機械臂出現，將室內好幾個掠走，其他人見勢不妙，瞬間從裡面逃出。原來是一個重機終結者，他絲毫沒有放過這群人的想法，不斷在朝人群發射炮彈，地面的汽車和房子，統統被炸成廢墟，在它的步步緊逼下，馬庫斯直接駕車逃跑，並引燃油桶，製造出一片火海，將它團團包圍，不過巨型機器人十分強悍，瞬間就從火浪中突圍而出。可是眾人已經逃遠，於是天網繼續派出摩托車戰隊，繼續追擊他們。
經過一段生死逃亡，馬庫斯終於擺脫天網的追擊，他剛一醒來，就救下卷姐，他本要去尋找機器人報仇，可是卷姐卻勸說他，先回到基地，尋找康納，再一起去報仇。最後馬庫斯猶豫了一下，就決定和卷姐一起回基地，兩人連夜冒著雨，正要收拾行李，不過遭到三個毛賊劫色，幸虧馬庫斯及時出手，三下五除二，就撂倒了這群狼子野心的盜賊。通過這件事，卷姐開始對馬庫斯有一絲動情，並對他講了一些自己的過去和感悟。甚至還依偎在馬庫斯的懷裡，開始談情說愛。
02
第二天，兩人一醒來，就朝基地前往，結果途中經過磁性雷區時，馬庫斯竟然被磁性雷吸附住，最後被炸成重傷，昏迷過程中，他終於回想起當年的記憶。
隨後，等他從昏迷中醒來時，發現自己已經被捆綁在空中，任他如何掙扎，都沒法逃脫束縛，並且他的胸口和背部已經被炸開，露出了金屬骨骼，眾人也已經知道他是一個機器人，實際上，連他自己也不清楚自己是機器人，因為他除了大腦和心臟是人類的，其餘身體都是機器人構造。康納也堅信他是來刺殺自己的，也因此才將他抓起來的，他現在有嘴也說不清。基地里的人都認為，他會殺死這裡的所有人，他救下卷姐，也只是為了贏得人類的信任而已。
基地里的大鬍子，一直在朝他開槍，卷姐實在看不下去，就將他騙走，並偷偷救下馬庫斯，兩人突破基地的層層火力，最後成功逃脫。當他們穿過雷區時，基地的反抗軍全面出動，一路上追殺他，他在走投無路時，跳入水下，躲過直升機的追擊，可是當他上來時，卻遭康納的捕獲，他為了保命，主動提出一筆交易，願意為康納潛入水下，找到天網的總部，並且這個目標是他們共同的心愿，康納猶豫了一下，就放他離開了。
等其他人趕來時，馬庫斯已經逃離，這一切的決定，也由不得康納，因為馬庫斯是唯一能救出凱爾的人，因為凱爾是他的父親，所以凱爾不能被殺死，否則他自己也不會存在，一切的邏輯鏈條也會斷裂。同時反抗軍首領已經出兵，決定日出之前，向天網發起總攻，這次康納先是苦苦請求他，先延緩進攻，為自己留出救援時間，可是首領根本沒聽他的話。最後他也揭竿而起，號召所有人成員，不要聽指揮部的命令，先去解救自己的同胞，否則人類會徹底失去希望，因為人類不是冰冷的機器，如果做出了此等絕情的事，將會與機器人沒有兩樣。
與此同時，馬庫斯已經來到天網的總部，由於他是機器之軀，所以天網並沒有攔截他，並將他當成自己人，馬庫斯經過層層關卡，通過指紋驗證，與天網實現互聯互通，能調取資料庫的一切資料，通過對所有數據掃描，馬庫斯慢慢恢復記憶，也開始明白，自己早已死亡，是一個女醫生將自己復活的，後來軍方將天網收購之後，天網就覺醒了，摧毀了人類世界。
當馬庫斯醒來之後，天網就開始與他對話，原來馬庫斯早已失去自主意識，連他回到天網總部的選擇，都是早已被寫入程序的，同時天網還不斷對他洗腦，讓他認同自己是機器人的身份。當年在創造馬庫斯時，就是想讓他滲透入反抗軍之中，釋放一個反抗軍以為自己能戰勝機器人的信號，其實戰爭確實會結束，不過是反抗軍會被終結的結局。
如今馬庫斯雖然已經被改造，可是他還是有一絲自主意識，他不甘心做一個機器人的傀儡，於是他直接撕開自己的腦皮，拔出大腦的晶片，徹底擺脫了天網的控制，同時他也前往康納的方位，前去解救康納，並砸碎了天網的顯示屏。
03
同時康納也已經進入基地中心，並與凱爾相遇，可是T-800突然向他們發起攻擊，他直接將一個低端型號機器人攔腰截斷，並拿起它的手臂，不斷朝康納他們掃射，康納躲過首輪攻擊，瞬間就舉起一把槍，朝T-800射擊了一枚燃燒彈，可是這些攻擊對它根本沒用，只是燃燒掉了它的外皮，康納繼續再朝它射擊一枚炮彈，可是並未對它造成過大的傷害，本來他們想趁著T-800處於虛弱狀態，利用液壓機，將T-800壓成鐵餅，可是T-800十分狡猾，早已從他們眼前遁走，並從他們的後面突然出現，正準備偷襲康納，首次攻擊，康納沒有反應過來，被它一把甩飛在地。
而它並沒有停手，直接發起連環攻擊，眼看康納就要喪命，幸虧馬庫斯及時出現，瞬間將它撲倒在地，一直纏住他，為康納爭取到逃命的時間，最後它為了完成首要目標，計劃先手幹掉馬庫斯，再尋找康納，經過細緻分析，它發現馬庫斯的弱點是心臟，於是一拳重擊在馬庫斯的胸口，將他打得心臟停跳。隨之，又將目標鎖定為康納，康納由於之前胸口受傷，所以沒跑多遠，很快被它再次追上，可是康納為了擺脫它，直接從高處跳下來，結果失去了行動能力，而他一直死追不放，於是康納靈機一動，一槍打破房頂的高溫爐。
當它上前攻擊時，直接被滾燙的鐵水澆在身上，但它並未徹底停擺，繼續連滾帶爬地朝康納靠近，康納此時命懸一線，只能任由他宰殺，可是它也奄奄一息，最後拼盡全力，只是將康納的臉部抓爛，就徹底被鐵水凝固身體，於是康納僥倖保住一條命，而恢復身體的馬庫斯這時已經趕來，瞬間就斬下T-800的頭顱，將虛弱的康納救回基地。
康納回到基地之後，由於心臟嚴重受損，已經燈枯油盡，即將死亡。馬庫斯為了救活康納，主動獻出自己的心臟，才將康納從鬼門關救回。同時凱爾也已經加入反抗軍，康納直接將他納為自己的心腹，因為他是邏輯鏈上重要的一環。雖說人類與天網的戰爭取得階段性勝利，可是並沒有結束，人類一直會與天網展開曠日持久的戰爭，天網雖然很強，但是人類永遠不會放棄。
《終結者4》直接講清了發生在未來的事情，並且填滿了前三部留下的坑，尤其是解釋清楚了康納為什麼要重用凱爾，並派凱爾回到過去。因為康納存在的基礎就是凱爾本身的存在，一切無始無終，如同一個莫比烏斯環一樣，將所有人的命運都編寫入了歷史的長河。