In der nahen Zukunft haben die Menschen die meisten ihrer Körperteile gegen künstliche Elemente ausgetauscht und sind so zu Cyborgs geworden. An menschlichem Gewebe verbleibt in ihnen häufig nur noch der Teil des Gehirns, in dem ihre Persönlichkeit angesiedelt ist. Diese "Ghost" genannten Zellen sind das wichtigste Element in der künstlichen Hülle, der "Shell". In dieser Welt hat es der Cyber-Terrorist Kuze (Michael Pitt) auf die Technologien der Firma Hanka Robotic abgesehen und droht die Fortschritte der Firma zunichte zu machen. Die Elite-Einsatztruppe Sektion 9, die von einem einzigartigen Hybrid aus Mensch und Cyborg namens Major (Scarlett Johansson) angeführt wird, wird damit beauftragt, den skrupellosen Cyber-Kriminellen aufzuhalten.