Após enfrentar os sentinelas no mundo real, Neo (Keanu Reeves) tem sua mente presa em um local que fica entre a Matrix e a realidade, do qual apenas poderá sair com a ajuda de Trainman (Bruce Spence).

Após perceberem que as ondas cerebrais de Neo são idênticas as de uma pessoa conectada à Matrix, Trinity (Carrie-Anne Moss) e Morpheus (Laurence Fishburne) buscam a ajuda da Oráculo (Mary Alice) e Seraph (Sing Ngai). Trinity, Morpheus e Seraph vão em busca de Merovingian (Lambert Wilson), que possui controle sobre Trainman e pode libertar Neo.

Após obterem sucesso no resgate, o trio se divide em duas missões: enquanto Morpheus e a tripulação de duas naves parte rumo a Zion, na tentativa de ajudar no combate contra as máquinas, Neo e Trinity se dirigem à cidadela das máquinas.