前作「ポリ・マトリックス」から6年が経つ世界。人格や感情等、ほぼ人間に限りなく近い「サード」と呼ばれるアンドロイド、アミテージと「人間」のロスの間にヨーコが生まれそして火星で、名を変え、人知れず隠遁とした生活を送っていた。 ある日、反物質プラントで働くアンドロイド「セカンド」が暴動を起こし、軍がそれを鎮圧するといった事件が起こる。しかし、騒動の舞台となった反物質プラントは表の姿で、実態はERU社の上級副社長デミトリオが造った、禁止されているはずのサード製造工場であったが発覚の恐れから隠蔽の為に軍を使い、証拠隠滅を図っていた。同じサードから無実の悲痛なテレパスを受けたアミテージは真実を明らかにするため、火星から巨大な罠と陰謀が渦巻く街シカゴに単身向かうのであった・・・。