Après un cauchemar terrifiant, Sarah réalise que son fils et elle ne sont pas à l'abri. Deux ans qu'ils sont au même endroit, la jeune femme fréquente même un certain Charley Dixon, qui vient de la demander en mariage. Conscience que la sécurité de John passe avant tout, elle décide qu'il est temps pour eux de reprendre la route... avant que les Terminators ne les retrouvent ! A moins qu'il ne soit déjà trop tard...

Téléportés en 2007, Sarah, John et Cameron doivent découvrir qui est la personne qui va concevoir la machine responsable de l'apocalypse. Il leut faut avant tout se procurer de nouvelles identités pour pouvoir se glisser dans leurs nouvelles vies...

Pour leur premier jour d'école, John et Cameron tentent de se fondre dans la masse. Pendant ce temps, Sarah rend visite à la veuve de Myles Dyson. Son but est d'arrêter ceux qui pourrait contribuer à la construction de Skynet. Tessa l'oriente vers un certain Andy Goode...

Lorsque Andy Goode révèle à Sarah qu'il a reprogrammé son prototype et qu'il va le soumettre à une compétition d'échecs, elle s'inquiète au sujet des capacités cachées de cet ordinateur. Cameron est convoquée dans le bureau du directeur du lycée qui la savait proche de la jeune fille qui s'est suicidée. John se fait un nouvel ami et Cromartie se fait passer pour Robert Kester, un agent du FBI. L'agent Ellison quant à lui trouve une main de Terminator.

Sarah, John et Cameron s'intéressent à un mystérieux convoi de coltan, un métal clé dans la fabrication des Terminators. Cromartie se fait opérer par un chirurgien plasticien pour se créer une nouvelle identité faciale. John est séparé de sa mère alors que le camion contenant le chargement se dirige dans un bunker qui servira selon Cameron de future usine à Terminator. Ellison enquête sur le meurtre du chirurgien plasticien qui a opéré Cromartie et trouve des traces d'un sang hors normes.

Sarah s'introduit dans l'appartement de l'agent Ellison pour chercher le bras manquant du T-888. Elle découvre des dossiers, des fichiers et vidéos de son séjour à l'hôpital psychiatrique de Pescadero en 1992. Ces fichiers la mènent au docteur Silberman. Pendant ce temps, Cameron s'inscrit à des cours de ballet dirigés par Maria Shipkov, soeur de Dmitri, le possesseur actuel du Turk. John tombe sur les cassettes de sa mère et découvre ce qu'elle a enduré à Pescadero.

Sarah entre en contact avec un certain Sarkissian, qui pourrait lui vendre le logiciel Turk. Mais le prix de vente demandé est hors de portée... Derek se rappelle sa jeunesse et plus particulièrement ce jour de 2011 où il jouait avec son frère Kyle. Il en fait profiter John en l'amenant sur le lieu même de ses souvenirs... L'Agent Ellison se découvre un ennemi de poids au sein même du FBI... Pendant ce temps-là, Cromartie se rapproche dangereusement de John...

John et Derek se disputent au sujet de Cameron pendant que Sarah essaie de récupérer le Turk. James Ellison découvre que quelqu'un se fait passer pour un agent du FBI. Sarah, John, Cameron et Derek essaient par la suite de désactiver le futur réseau de surveillance de Skynet.

L'oncle de John, Derek Reese, est sévèrement blessé et a des flashback de sa vie dans le futur et de sa bataille contre les machines. Pendant ce temps, Sarah essaie de justifier son attitude passée auprès de Charlie qui découvre la vérité au sujet du jugement dernier et des Terminators.