Speed Racer est un as du volant. Son seul rival fut son frère, mort en pleine course et dont il tente de faire vivre l'héritage. Fidèle à la firme de son père, concepteur de sa puissante Mach 5, Speed refuse de courir pour Royalton Industries...
John Connor, 22 ans, vit dans la clandestinité car il est l'un des futurs leaders de la résistance contre les machines. Un redoutable cyborg T-X, à l'allure de jeune femme, est envoyé à ses trousses pour le neutraliser. Un robot T-101 est chargé de protéger John et son amie Kate Brewster...
En 2018, la guerre entre les humains et les machines a provoqué le chaos. John Connor est le leader de la résistance humaine. Quand Marcus Wright, un prisonnier exécuté en 2003, surgit des ruines, leur rencontre modifie le cours des événements.