Los años de tranquilidad tras acabar con el T-1000 y eludir a la justicia no acaban con los temores de Sarah Connor, quien decide huir con su hijo, abandonando así a su prometido Charley. Esto pondrá sobre aviso al FBI y a una nueva amenaza en forma de máquina, aunque los dos fugitivos encontrarán una nueva aliada venida del futuro. Juntos se pondrán en marcha para acabar con Skynet.

Tras el salto temporal Sarah se dispone, junto con Cameron, a utilizar sus contactos para conseguir nuevas identidades con las que pasar desapercibidos. John, aburrido de quedarse en casa empieza, a hacer escapadas para ponerse al día de cómo ha cambiado el mundo en 8 años. Mientras Cromartie, el terminator enviado para matar a John, comienza a recomponerse tras el desmembramiento ocasionado por el salto temporal.

Tras el atentado de Sarkissian, éste y sus secuaces irrumpen en la casa de los Connor para recuperar el disco duro que les fue robado. Cameron, que sobrevive a la explosión no sin sufrir daños en su chip, entra para reducirlos y salvar a sus protegidos. Sarah y John se dan cuenta de que algo va mal cuando Cameron intenta matar a éste, y mientras huyen deciden cuál será su siguiente paso. Derek y Charley inician su búsqueda tras enterarse del incendio en la casa; Ellison, por otro lado es interrogado por el FBI acerca de la masacre en la que se convirtió la redada contra Cromartie, y cuenta otra versión de los hechos sabiendo que nadie le creerá si dice la verdad. El Turco tiene nueva propietaria: Catherine Weaver, directora ejecutiva de la compañía de alta tecnología ZeiraCorp, y quien ya tiene pensado el uso que va a darle.

Con Sarah en prisión, John y Cameron planean liberarla a pesar de que el sentido comun sugiere otra cosa, mientras Weaver encomienda a Ellison llevar al futuro líder de la Resistencia a su presencia para agradecerle el haber salvado a su hija. El joven y la cyborg consiguen liberar a Sarah con un plan de fuga poco discreto, tras lo cual se dirigen a ZeiraCorp para hablar con su directora ejecutiva, mientras Cameron se dispone a destruir a John Henry. Las verdaderas intenciones de Weaver, así como la magnitud del peligro al que se enfrentan son reveladas en este final de temporada en el que madre e hijo se separan para cumplir con distintas misiones, en distintas épocas...