Im Jahr 2029 ist die Erde infolge eines Atomkrieges, der in einem nuklearen Holocaust gipfelte, verwüstet und der Großteil der Menschheit ausgelöscht. Von Menschen entwickelte intelligente Maschinenwesen begannen als Kriegsmaschinen den Krieg gegen ihre Schöpfer, als sie in diesen eine Bedrohung für ihre eigene Existenz vermuteten. Den Überlebenden des Krieges bleibt die Wahl, den Maschinen als Arbeitssklaven zu dienen oder sich dem Widerstand der Menschen, der Resistance, anzuschließen. Als der menschliche Widerstand unter Führung von John Connor im Jahr 2029 kurz vor einem entscheidenden Sieg über die zentrale Maschineninstanz Skynet steht, schicken die Maschinen einen Terminator in das Jahr 1984. Dieser Androide – eine Maschine umhüllt von lebendem menschlichen Gewebe, um Menschen unauffällig zu infiltrieren – wird auf die Mutter von John Connor, Sarah Connor, angesetzt, um sie zu töten, bevor sie ihren Sohn John gebären kann, der in der Zukunft die Resistance der Menschen gegen die Maschinen führen wird.

Ellen Ripley, die einzige Überlebende des Raumschiffs Nostromo, wird nach 57 Jahren Irrflug durchs All im Kälteschlaf von einem Bergungsschiff gefunden. Vor einer Untersuchungskommission erzählt sie ihre Geschichte, findet aber keinen Glauben und verliert ihr Offizierspatent. Am Ende der Befragung erfährt sie beiläufig, dass auf dem Planeten LV-426, auf dem die Mannschaft der Nostromo auf die Alien-Eier gestoßen war, vor 20 Jahren eine Kolonie gegründet wurde. Als einige Zeit später der Kontakt zu dieser Kolonie abreißt, wird sie nach anfänglichem Zögern mit einem Trupp Marineinfanteristen (Colonial Marines), dem Androiden Bishop und Carter Burke, dem Repräsentanten der Betreibergesellschaft der Kolonie (Weyland Yutani), als Beraterin an Bord des Truppentransporters Sulaco zu dem Planeten zurückgeschickt, um mögliche Überlebende zu retten und eventuelle Aliens zu vernichten.

Das US-amerikanische Atom-U-Boot USS Montana erleidet infolge einer Begegnung mit einem nicht identifizierten unterseeischen Objekt am Rande des Kaimangrabens einen kompletten Energieverlust. Es kommt zu einer schweren Havarie, das Boot sinkt auf Grund in 2000 Fuß (610 m) Tiefe, nur 80 Meilen vor der kubanischen Küste. Weil sich sowohl sowjetische und kubanische Spionageschiffe als auch der Hurrikan Frederic der Unglücksstelle nähern, beschließen die Amerikaner, ein Team von vier United States Navy SEALs auf die nächstgelegene Öl-Plattform zu bringen. Diese, die mobile und tauchbare Bohrplattform Deepcore, betrieben von der Firma Benthic Petroleum, soll als Operationsbasis für die Rettungsmission Operation Selbor genutzt werden, um offiziell im Wrack nach Überlebenden zu suchen.

Ein Terminator des Typs T-800 (Modell 101) – ein Androide und das gleiche Modell, das im ersten Teil der Terminator-Filmreihe den Auftrag hatte, Sarah Connor vor der Geburt ihres Sohnes John zu töten – ist von der Widerstandsbewegung der Zukunft umprogrammiert und durch die Zeit zurückgeschickt worden. Seine Mission lautet, den zehnjährigen John Connor, den zukünftigen Anführer der Menschheit im Kampf gegen die von der künstlichen Intelligenz Skynet kontrollierten Maschinen, zu beschützen.

Harry Tasker und seine Frau Helen führen zusammen mit ihrer pubertierenden Tochter Dana dem Anschein nach ein ganz normales Familienleben: Harry arbeitet als Handelsvertreter für Computer und ist viel unterwegs; Helen arbeitet als Rechtsanwaltsfachangestellte und Hausfrau. In Wirklichkeit ist Harry jedoch Top-Agent einer hoch geheimen Bundesorganisation zur Terrorbekämpfung, genannt „Omega Sector“, die auf so strikter Geheimhaltung besteht, dass nicht einmal seine Frau von seiner wahren Tätigkeit weiß. Zurzeit arbeitet Harry an der Verfolgung der Kunsthändlerin Juno Skinner, die von einer arabischen Terroristenorganisation dafür bezahlt wird, mehrere nukleare Sprengköpfe aus den Beständen der ehemaligen Sowjetunion im Inneren von antiken Statuen ins Land zu schmuggeln, um damit die USA bedrohen zu können. Obwohl Harry der Terrororganisation bereits heftig zugesetzt hat, schafft es deren Anführer, Salim Abu Aziz, ihm zu entkommen.

Der Schatzsucher Brock Lovett ist mit einem Team des russischen Forschungsschiffes Keldysh im Nordatlantik auf der Suche nach dem verschollenen Diamantcollier „Herz des Ozeans“, das sich angeblich noch an Bord der legendären Titanic befinden soll. Nachdem er aus der Millionärssuite des Wracks einen Safe hat bergen können, sieht sich Brock bereits am Ziel seiner langen Suche nach Reichtum, doch anstelle der Diamanten befindet sich darin lediglich eine auf den 14. April 1912 datierte Aktzeichnung einer jungen Frau, die besagtes Schmuckstück trägt. Aus einer Nachrichtensendung erfährt die 101-jährige Rose Calvert von dem Fund und setzt sich mit Brock in Verbindung.

Dem querschnittsgelähmten Kriegsveteranen Jake Sully (Sam Worthington) wird die Chance offeriert wieder an einem Einsatz teilzunehmen: Auf dem Planeten