當年的人類通過基因改造創造出冷血高效的宇宙戰士，卻在控制權爭奪中遭遇集體叛變。因腦部缺陷保留人性的魯克·戴夫林，在首部曲中終結了失控戰士的暴亂。本片中，魯克作為改造計劃顧問監督新一代宇宙戰士研發，這批搭載納米機械的超級士兵在物理性能與智能系統方面全面升級。當軍方秘密啟用代號"塞拉斯"的最強改造人后，失控事件再次爆發——該戰士不僅屠戮基地人員，更策劃通過釋放致命納米云毀滅全人類。魯克發現塞拉斯實為初代反派維蘭德博士的改造產物，其戰術思維完全繼承自首部曲中被他消滅的機械暴君。為阻止全球性滅絕危機，魯克聯合剩余可控改造人，在暴露自身致命弱點（記憶閃回導致系統紊亂）的極端風險下，展開對塞拉斯及其納米武器工廠的終局對抗。