Nel 1999, dopo gli eventi narrati in Terminator 2 - Il giorno del giudizio, Sarah Connor e suo figlio John Connor sono in fuga dalla polizia e dall'FBI. All'inizio della serie si apprende che Sarah e John si sono trasferiti in una cittadina rurale del Nuovo Messico: qui vengono trovati da un Terminator di nome Cromartie che, spacciandosi per un professore del suo liceo, attacca John, che viene salvato dall'intervento di Cameron, un altro terminator (con fattezze femminili) riprogrammato. Cameron conduce Sarah e John all'anno 2007, con una macchina del tempo costruita da dei collaboratori della resistenza alle macchine.

Tre giorni dopo il loro arrivo nel 2007, Cameron porta Sarah a procurarsi delle nuove identità da quattro appartenenti alla resistenza inviati anch'essi indietro nel tempo. Poiché ne trovano tre morti, uno scomparso e un altro terminator che riescono a scacciare, Sarah decide di rivolgersi a Enrique per ottenere nuove identità. Nel frattempo cresce la frustrazione in John per essere costretto a rimanere in casa ad aspettare; i resti di Cromartie giunti dal 1999 incominciano a autoassemblarsi.

Nel verificare una nuova pista sulla creazione di Skynet, Sarah conosce Andy Goode, un commesso di un negozio di telefonini, che sta costruendo un computer che gioca a scacchi e che ha chiamato Il Turco (come un finto automa con tale nome del XVIII secolo). John e Cameron tentano di passare inosservati nel loro nuovo liceo, il che mette a dura prova John quando vorrebbe fermare una ragazza con tendenze suicide. Cromartie continua la sua ricerca di un rivestimento biologico mentre l'agente Ellison lavora sul caso dei tre combattenti uccisi nell'episodio precedente.

Mentre sta cercando un carico rubato, John viene separato da Cameron e sua madre e a causa di questa separazione scopre quanto sia diventato pericoloso il futuro. Cromartie nel frattempo si costruisce una nuova identità, rubandola all'attore disoccupato George Laszlo.

Quando Andy Goode, un amico di Sarah, sottopone il suo computer a una sfida a scacchi, Sarah si preoccupa delle potenzialità del computer e si trova ad affrontare un misterioso straniero, la cui storia è strettamente legata alla sua. Nel frattempo Cameron si trova di nuovo coinvolta nei sentimenti umani, John si fa un nuovo amico nell'officina della scuola, Cromartie si spaccia per un agente dell'FBI e l'agente Ellison scopre residui di una battaglia tra Terminator.

Cameron cerca la mano artificiale restante del Terminator, per distruggerla, ma scopre che è in mano all'agente Ellison, che ha sottratto alle prove la mano artificiale, e tenta di ricostruire la vita di Sarah Connor. Sarah manda Cameron a infiltrarsi in una scuola di danza gestita dalla sorella di Dmitri sperando che lo porti a lui e al Turco. L'agente Ellison, nella sua ricerca, si incontra con il dottor Peter Silberman che pensa sia una macchina e dopo averlo torturato tenta di ucciderlo. Cameron scopre infine dove si trova Dmitri e dopo aver avuto le informazioni se ne va lasciando che uccidano Dmitri e la sorella. L'agente Ellison sul punto di morire viene salvato da Sarah e fa rinchiudere il dottor Silberman in un manicomio. Nel tentativo di comprendere più a fondo gli umani Cameron tenta di imparare la danza classica.

Da un'ispezione nella camera di Cameron, Derek ritrova il chip di Vick, il Terminator; chip che Cameron non ha distrutto e con John decidono di provare ad accedervi cercando informazioni sul Terminator e la sua missione. Scoprono così che si era perfettamente infiltrato nella società e aveva una moglie, che ha poi ucciso. Il gruppo decide di partire alla ricerca del corpo. Scoprono così che non era la moglie ma una rivale nella progettazione della nuova infrastruttura della città che potrebbe fungere da sistema nervoso del futuro Skynet. John crea un virus informatico per fare in modo che il sistema non funzioni. Con l'accesso ai dati del Terminator John scopre che è stato Vick ad uccidere la squadra di Derek, scagionando così dai sospetti Cameron. Il virus creato da John non funziona e il chip tenta di prendere il controllo del Pc ma non fa in tempo a comunicare con l'esterno. John decide così di utilizzare il chip di Cameron per distruggere la rete della città.

Il gruppo tenta di mettersi in contatto con chi ha preso Il Turco. Ma dopo un primo approccio il suo possessore, Sarkissian, trova Sarah e Derek e quadruplica il prezzo. Nel tentativo di rintracciare Il Turco, John viene preso come ostaggio da Sarkissian ma Derek lo uccide. Nel frattempo Ellison continua la sua ricerca sulle macchine, e decide di arrestare il presunto assassino che si fa passare per un collega dell'FBI, che è in realtà il terminator Cromartie. Durante l'azione la squadra dell'FBI viene massacrata, ad eccezione di Ellison che viene lasciato in vita dal Terminator, il quale pensa che gli servirà a condurlo, prima o poi, da Sarah Connor e John Connor. Sulla scena arriva anche l'ex fidanzato di Sarah. L'episodio e la stagione si concludono mostrando l'esplosione dell'auto in cui si trova Cameron.