Quand Thomas reprend connaissance, il est pris au piège avec un groupe d'autres garçons dans un labyrinthe géant dont le plan est modifié chaque nuit. Il n'a plus aucun souvenir du monde extérieur, à part d'étranges rêves à propos d'une mystérieuse organisation appelée W.C.K.D. En reliant certains fragments de son passé avec des indices qu'il découvre au sein du labyrinthe, Thomas espère trouver un moyen de s'en échapper.

Tout va pour le mieux : Scott a écrit un livre à succès tandis que Hope défend avec le plus grand dévouement des causes humanitaires. Leur famille - Janet van Dyne et Hank Pym (les parents de Hope) et Cassie, la fille de Scott - font enfin partie de leur quotidien. Cassie partage la passion de sa nouvelle famille pour la science et la technologie, notamment en ce qui concerne le domaine quantique. Mais sa curiosité les entraîne tous dans une odyssée imprévue et sans retour dans le vaste monde subatomique, un endroit mystérieux où ils rencontrent d'étranges nouvelles créatures, une société en crise et un impitoyable maître du temps dont l'ombre menaçante commence tout juste à s'étendre. Scott et Cassie sont soudainement happés dans une direction tandis que Hope, Janet et Hank se retrouvent propulsés dans une autre. Tous se perdent dans un monde en guerre, sans savoir comment ils pourront en sortir ni même s'ils retrouveront un jour le chemin de leur foyer...

La longue quête de liberté des rebelles culmine en une bataille finale explosive. Tandis que l'armée des Machines sème la désolation sur Zion, ses citoyens organisent une défense acharnée. Mais pourront-ils retenir les nuées implacables des Sentinelles en attendant que Neo s'approprie l'ensemble de ses pouvoirs et mette fin à la guerre ? L'agent Smith est quant à lui parvenu à prendre possession de l'esprit de Bane, l'un des membres de l'équipage de l'aéroglisseur. De plus en plus puissant, il est désormais incontrôlable et n'obéit plus aux Machines : il menace de détruire leur empire ainsi que le monde réel et la Matrice...

Neo apprend à mieux contrôler ses dons naturels, alors même que Sion s'apprête à tomber sous l'assaut de l'Armée des Machines. D'ici quelques heures, 250 000 Sentinelles programmées pour anéantir notre espèce envahiront la dernière enclave humaine de la Terre. Mais Morpheus galvanise les citoyens de Sion en leur rappelant la Parole de l'Oracle : il est encore temps pour l'Elu d'arrêter la guerre contre les Machines. Tous les espoirs se reportent dès lors sur Neo. Au long de sa périlleuse plongée au sein de la Matrix et de sa propre destinée, ce dernier sera confronté à une résistance croissante, une vérité encore plus aveuglante, un choix encore plus douloureux que tout ce qu'il avait jamais imaginé.