托马斯·安德森白天是普通程序员，夜晚化名为尼奥在网络世界活动。他一直感觉现实世界存在异样，直到遇见神秘的莫菲斯。莫菲斯告诉尼奥，人类生活的世界是由人工智能创造的虚拟世界“矩阵”，人类实则被机器囚禁在培养舱中，身体能量被机器利用。莫菲斯给尼奥两颗药丸，蓝色代表回到虚假的现实，红色则能让他看清真相。尼奥选择了红色药丸，进入真实世界。此后，尼奥在莫菲斯的飞船上接受各种战斗训练，逐渐掌握在“矩阵”中超越常人的能力。然而，他们的行动引起了矩阵管理者特工史密斯的注意，史密斯一心要消灭尼奥等人。尼奥在与特工史密斯的多次交锋中，从最初的艰难应对，到后来逐渐成长为能够对抗史密斯的关键人物，最终他凭借自身能力打破矩阵的规则，拯救人类于水火之中。