События разворачиваются через 3 года после окончания событий фильма «Терминатор 2». Сара и Джон пытаются жить нормальной жизнью, пока снова не появляются два терминатора — один, чтобы убить их, и вторая — чтобы охранять. Джону не нравится его постоянная жизнь в бегах, и он просит Сару попробовать еще раз изменить будущее и предотвратить создание Скайнет. С помощью Камерон, сын с матерью перескакивают на 8 лет в будущее — в 2007 год. Они пытаются выяснить, кто же все-таки изобрел Скайнет, раз их попытка по уничтожению всех наработок оказалась безрезультатной и смерть ученого Майлза Дайсона напрасна, и они лишь отодвинули апокалипсис на несколько лет вперед. Джон и Камерон, которая для общества выступает в роли его сестры, поступают в школу. Камерон пытается выйти на связь с четырьмя бойцами сопротивления, которые были посланы из будущего, чтобы встретить Сару и Джона и помогать им, но выясняется, что трое из них убиты неизвестным киборгом. Сара находит файлы, собранные этими бойцами и выясняет, что они также пытались найти тех, кто изобрел Скайнет.

    * Лена Хеди в роли Сары Коннор : Сара Коннор — одна из основных персонажей вселенной Терминатора. Она является матерью Джона Коннора, человека, который однажды возглавит Сопротивление в войне против Скайнета. Однако власти считают её опасной для общества. Создатель телесериала Джош Фридман  просмотрел на эту роль более 300 актрис и описывал подходящую ему как «ту, которая воплотит дух оригинальной Сары (в исполнении Линды Хэмильтон), и ту которая будет смотреться в этой роли правдоподобно, а не просто очередную гламурную Голливудскую актриску». После того как друг посоветовал Фридману английскую актрису Лену Хеди, Джош просмотрел её записи и подумал, что она хорошо подойдет на эту роль, являясь «Очень жесткой женщиной».
      (На русский язык роль дублировала Людмила Шувалова).
    * Томас Деккер в роли Джона Коннора : Джон Коннор — сын Сары и будущий лидер Сопротивления. В пилотном эпизоде ему 15 лет, однако в последнем эпизоде первого сезона ему исполняется 16. На протяжении сериала, Джон борется со своими чувствами к Камерон, которая, как-никак, является терминатором. Деккер проходил кинопробы и был избран на роль Джона уже после того как Лена Хеди была утверждена в роли Сары. Деккер описывал свою роль как «продолжение персонажа Эдди Фёрлонга», но «повзрослевшего и более хмурого».
      (На русский язык роль дублировал Михаил Тихонов).
    * Саммер Глау в роли Камерон Филлипс / Эллисон Янг : Камерон является перепрограммированным терминатором, которого в прошлое из 2027 года прислал Джон Коннор для собственной защиты. Её модель и точные характеристики неизвестны, но она может испытывать эмоции и подражать человеческому поведению (включая робкий юмор) гораздо лучше модели Т-800, а также, впервые для терминаторов, она может плакать и принимать людскую пищу. Имя Камерон она получила от создателей сериала в дань уважения Джеймсу Кэмерону, сценаристу и режиссеру первых двух частей фильма. Саммер не видела фильмов из серии Терминатора до приглашения принять участие на пробы как Камерон Филлипс, чья истинная роль в сюжете сериала первоначально держалась в секрете, но потом было объявлено о том, что Камерон будет терминатором из будущего, присланным для защиты Джона Коннора. Саммер не представляла себя в роли машины из будущего, но благодаря настойчивости родителей всё же поехала на прослушивание. Как она сама говорила в одном из интервью, её прослушали несколько раз, и, о чудо, она здесь, хотя она думала, что среди других актрис будет выглядеть белой вороной и никаких шансов у нее не будет. Джош Фридман изначально хотел видеть Саммер в роли Камерон. Играя Камерон, Глау отметила, что она была «встревожена» этой ролью, потому что для неё было вызовом сбалансировать качества робота и человека в одном персонаже. Играя терминатора, она старалась стереть четкую грань между человеком и машиной. В четвертом эпизоде второго сезона показана история происхождения Камерон. До того как быть пойманной и перепрограммированной, она скопировала внешность и воспоминания реальной девушки — бойца Сопротивления Эллисон Янг.
      (На русский язык роль дублировала Полина Щербакова).
    * Брайан Остин Грин в роли Дерека Риза : Солдат Сопротивления, присланный в прошлое будущим Джоном Коннором. Является старшим братом Кайла Риза и дядей Джона. Дерек знает Камерон в будущем, но все равно не доверяет ей до такой степени, что становится параноиком в её присутствии. Однако на протяжении сериала его отношение к ней начинает меняться в положительную сторону. Дерек впервые появляется в середине первого сезона и становится регулярным персонажем второго сезона. Он знаком с Джесси Флорес, которая также прибывает из будущего. В предпоследнем эпизоде телесериала Дерек умирает от выстрела в голову, совершённого терминатором, который пришел убить Саванну Уивер. Но в следующем, последнем эпизоде второго сезона, Джон Коннор, переместившись в пост-апокалиптическое будущее в поисках Джона Генри, встречает там Дерека, того самого, которого он видел еще 11-12 летним мальчиком в 9-м, заключительном, эпизоде первого сезона.
      (На русский язык роль дублировал Борис Шувалов).
    * Ричард Т. Джонс в роли Джеймса Эллисона : Агент ФБР, преследующий Конноров. Узнав о существовании киборгов, уволился из бюро. Его затем завербовала Кэтрин Уивер, президент компании ЗейраКорп, и попросила его обучить Джона Генри (ИИ созданный из «Турка») человечности.
      (На русский язык роль дублировал Владимир Герасимов).
    * Гаррет Диллахант в роли «Кромарти» / «Джона Генри» / Джорджа Ласло : Терминатор модели Т-888, посланный убить Джона. После уничтожения его чипа, Эллисон отдал тело Уивер, которая сделала его аватаром ИИ по-имени Джон Генри. В пилотном эпизоде роль Кромарти исполнил Оуэйн Йомен.
      (На русский язык роль дублировал Александр Новиков).
    * Ширли Мэнсон в роли Кэтрин Уивер : Терминатор модели Т-1001, убивший и принявший обличие президента компании ЗейраКорп. Пытается создать аналог Скайнета для борьбы с ним. Воспитывает дочь настоящей Кэтрин. Работала с Эллисоном, не подозревавшим о её сущности.
    * Левен Рамбин в роли Райли Доусон : Девушка, которую привела с собой Джесси для того чтобы не дать сблизиться Джону и Камерон.
    * Стефани Якобсен в роли Джесси Флорес : Австралийская морячка, член Сопротивления и девушка Дерека.
    * Дин Уинтерс в роли Чарли Диксона : Врач, бывший жених Сары.