尼欧从睡梦中醒来，面前的电脑浮现出“母体奴役着你”的字样，紧跟着又发出“跟随小白兔”的指令。伴随着“有人敲门”的提示，尼欧的房门果然被敲响了。
看到来人肩头的小白兔纹身，辗转难眠的尼欧加入夜间狂欢。神秘女子崔妮蒂现身示警，这名曾侵入国税局的电脑骇客与他一样，都曾苦苦追寻一个答案。
次日清晨的尼欧错过闹钟，现实中他是名为安德森的程式工程师，因为上班迟到被上司训斥。老实认错的安德森在工位收到一部电话，名为墨菲斯的男子在通话中叫出了他的假名尼欧。
电话中，墨菲斯告诉安德森有人正在来抓捕他，时间已然不多。现实中，一群来者不善的黑衣人向安德森的工位走去，惊惶失措的他根据墨菲斯的提示开始逃离。
因为胆怯，想要爬上洗窗架的安德森在高空中失手摔落手机，失去外援的他被黑衣人带走。以删除尼欧这个骇客名下所有不良记录为交换，黑衣人引诱他出卖墨菲斯。
一口否决的安德森惊愕地发现自己开不了口，体内还被黑衣人植入怪异的虫子。再次被电话铃声惊醒，安德森惊恐莫名，电话中的墨菲斯称呼他为救世主，并发出见面的邀请。
来到指定地点，神秘女子崔妮蒂与同伴将安德森带上车。内心天人交战的安德森不确定自己是否做出了正确选择，但在听到崔妮蒂提到虚拟世界后，他留了下来。
在崔妮蒂和同伴的帮助下，安德森摆脱了体内的虫子，见到了自己一直寻找的墨菲斯。长久以来，他觉得世界很不对劲，但又说不上来，墨菲斯对他来说就是答案。
在墨菲斯的叙述中，每个人从呱呱落地就生活在一个牢笼里，安德森似懂非懂。墨菲斯拿出红蓝两颗药丸，询问尼欧要选择见证真相还是生活在虚假之中。
吞下代表真相的红色药丸后，墨菲斯告诉安德森在药丸里有追踪程式，可以追踪到他真实的身体。一片混乱中，安德森发现自己浑身插满管子，被液体包围着躺在容器里。
人类不是从娘胎出生，而是被栽培出来。通过脑后的插孔，被液体培养的人类生活在母体电脑模拟的梦世界里，各种物品像程序一样写入生活。
在虚拟世界，触觉、嗅觉、味觉、听觉和视觉是大脑接收的电子信号。真实世界中，躺在容器里的安德森因从未行走而肌肉萎缩，甚至连双眼都没睁开过。
被真相冲击的安德森几近癫狂，可如今的他已经回不去了。墨菲斯告诉他，在祭师的预言中，救世主将带来母体的毁灭，战争的终结和全人类的自由，他就是救世主。
半信半疑的安德森努力适应真实世界的生活，通过各种程式飞快地学习柔道、跆拳道、醉拳等各种训练，在墨菲斯的指引下一点一点解放自己的心灵。
安德森与尼布甲尼撒号上的同伴日渐融洽，从他们那里，他听到了人类的希望之地锡安，也得知如果在虚拟世界大脑死亡，那么真实世界的身体也会随之死去。
然而在看不见的角落，强烈的不满在滋长。生活在虚拟世界可以化身有钱人呼风唤雨，真实世界却要担惊受怕躲躲藏藏，每天喝着粘稠的液体当早餐。
为重返虚拟世界，叛徒向黑衣人出卖了墨菲斯，抓捕行动就在一行人去见祭师的途中。终于现身的祭师宛如一个和蔼可亲的家庭妇女，她告诉安德森花瓶的事没关系。
随后才打碎花瓶的安德森惊讶不已，此时，祭师点出了安德森对自己救世主身份的怀疑，还告诉他墨菲斯愿意牺牲自己救安德森，他们其中一个会死。
心情沉重的安德森告别了祭师，此后由于叛徒出卖，同伴们死伤殆尽，墨菲斯果然也为拯救自己而被黑衣人抓获。黑衣人对墨菲斯严刑拷打，逼问锡安主机的密码。
倘若拔下墨菲斯的插头，那么身在虚拟世界的他随之死亡，就不再有泄密的风险。在同伴即将拔下插头之际，不相信命运的安德森选择回到虚拟世界放手一搏。
经过一番惊险的苦战，和崔妮蒂携手救出墨菲斯的安德森逐渐相信自己就是救世主，然而在奔跑进走廊尽头的303室时，守候已久的黑衣人结束了安德森在虚拟世界的生命。
此刻的尼布甲尼撒号也迎来了乌贼的猛烈打击，悲痛不已的崔妮蒂守护在真实世界的安德森身边，祭师曾经预言她会爱上救世主，而她爱的人正是安德森。
奇迹发生了，在生命体征丧失后，安德森再度复苏，黑衣人射向他的子弹被随手止住，呈现在他面前的是一段段代码。随着他的苏醒，真实世界的乌贼也一起受到冲击。
这一刻，尼欧抛去安德森的名字，成为真正的救世主。在他的指引下，芸芸众生将见到一个真实的没有电脑的世界，以后的发展将由觉醒的人类自己决定
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