Dans le futur, quand les améliorations technologiques du corps et la robotique sont devenues une façon de vivre, le Major Motoko Kusanagi et la section 9 s'occupent de missions trop difficiles pour la police. La section 9 emploie des hackers, tireurs d'élite, détectives et cyborgs, dans le but de contrecarrer les cybercriminels et leurs plans visant les innocents.
La Section 9 s'interpose lors une prise d'otages à priori banale, mais aux revendications très floues. Les agresseurs sont des robots geishas et la victime n'est autre que le ministre des Affaires étrangères. Mais derrière cette action terroriste se cache peut-être un danger plus important encore. Le Major Motoko Kusanagi et ses partenaires décident de tirer cette affaire au clair.
Un des prototypes de tank nouvelle génération devient brusquement fou et quitte de lui-même la technopole où il subissait des tests de fonctionnement. La Section 9 se met à sa poursuite, tout en essayant de découvrir la raison de cette mystérieuse fugue robotique. Se pourrait-il qu'un humain se cache derrière cet engin, au cœur d’intérêts commerciaux et militaires ?
Un beau jour, presque tous les androïdes de type « Jeri » décident de mettre fin à leur existence. Ce « suicide » simultané interpelle la Section 9. Celle-ci enquêtait déjà sur une crise de folie qui avait gagné des androïdes du même fabricant. Pourtant, ce nouveau geste de rébellion ne semble pas cacher un complot, mais plutôt un signe des temps.
Togusa, membre de la Section 9, reçoit un appel d'un vieil ami policier travaillant sur l'affaire du Rieur. Il est tué sur la route peu après l'appel téléphonique. Obtenant des photos de la veuve aux obsèques, Togusa poursuit son investigation. On lui révèle que les photos ont bien été prises par un programme intercepteur, qui ne nécessite aucune caméra et permet de voir ce que voit la personne visée. L'équipe travaillant sur l'affaire du Rieur avait pour projet d'utiliser l'intercepteur sur leur principal suspect.
Le chef Aramaki ordonne aux membres de la Section 9 de surveiller le principal suspect dans l'affaire du Rieur, nommé Ei Nanao. Ils espèrent l'attraper en flagrant délit. Lorsque Batou et Togusa reçoivent l'ordre d'arrêter leur suspect, ils ne trouvent dans l'appartement qu'un mannequin inanimé.
Le suspect Nanao est assassiné. De nombreuses personnes présentes au rassemblement tentent à tour de rôle d'assassiner le général. Toutes ces personnes ne semblent avoir aucun lien entre elles. La Section 9 soupçonnait le virus de Nanao de les avoir infectées, mais une investigation plus poussée n'en montre aucune preuve.
Le leader révolutionnaire Sud-Américain Marcelo Jarti fait de nombreux voyages au Japon. Trafiquant de drogues international, plusieurs pays ont tenté en vain de l'assassiner. La Section 9 est chargée de vérifier l'identité de Jarti, soupçonnant que des doubles aient été pris pour cible auparavant.
La Section 9 enquête sur des vols d'organes. Ils remontent la piste jusqu'à des étudiants en médecine.
Le Major Kusanagi va sur le net en utilisant un avatar. Elle rejoint un groupe qui discute des agissements du Rieur. Au bout d'un moment, le Major ainsi qu'un des participants à la conversation sont éjectés du chat. Elle aperçoit l'avatar du Rieur avant d'être déconnectée.
Des meurtres commis par un tueur en série sont particulièrement sanglants. Les victimes sont des femmes, dont la peau a été écorchée comme pour former un t-shirt. La CIA soupçonne que le tueur est un ancien de la Navy, dont ils auraient perdu la trace. Batou semble connaître le suspect.
Le Ministère de la santé ayant été piraté, Togusa envoyé dans un centre hospitalier qui s'occupe d'enfants atteints de problèmes au cybercerveau. C'est dans ce centre que la Section 9 a retracé l'origine de l'attaque.
Choyé à coup d'huile naturelle, le tachikoma préféré de Batô prend la clef des champs et décide de se promener en ville. Il y rencontre une petite fille, errant à la recherche de son petit chien perdu. Tous les deux se mettent sur ses traces. De son côté, Motoko plonge dans le cyber-cerveau d’un suspect pour retrouver un inspecteur disparu.
Une jeune fille a reçu un cyber-cerveau d'une nouvelle technologie. Elle est kidnappée. Cependant une caméra repère une fille qui lui ressemble des dizaines d'années plus tard. La Section 9 est chargée de la retrouvée, car l'ADN semble correspondre, même si son apparence n'a pas du tout changé malgré le temps passé.
Des informations provenant de la province du Henan affirment qu'un groupe de criminels s'apprêtent à braquer une institution financière. Il s'agit en fait d'une diversion, pour qu'un autre assassin puisse accomplir sa mission et tuer un mathématicien ayant fait fortune en bourse.
Le Major Kusanagi se rend compte que l'IA des Tachikoma a énormément progressé. Les machines commencent à se poser des questions existentielles. Le Major a des doutes quant à leur fiabilité sur le terrain. Elle informe Batou qu'elle n'utilisera plus les Tachikoma pour la Section 9.
Des données auraient été volées sur une base navale. Un ancien boxeur devenu instructeur est soupçonné d'espionnage. Batou est envoyé en infiltration pour vérifier l'implication du boxeur, ainsi que découvrir qui est le commanditaire direct.
Le Chef Aramaki est à Londres pour rendre visite à une amie. Il est accompagné du Major. Ils sont pris en otages par deux malfaiteurs qui tentent d'obtenir des données à partir d'une banque de vins. La police sur place a pour ordre d'éliminer toutes les cibles. La banque de vins serait liée à des affaires de nettoyage d'argent sale.
Une menace d'assassinat plane sur un diplomate chinois, en visite au Japon. Le suspect principal est le fils d'un ancien ami du chef Aramaki.
De nombreuses jeunes femmes ont été enlevées ces derniers jours. L'une d'elles est la fille d'un homme politique, qui a publiquement nié l'existence de telles abductions. À la tête de ces enlèvements, une ancienne espionne soviétique.
Togusa utilise le livre de J. D. Salinger, L'Attrape-cœurs pour former une théorie concernant le Rieur. Avec l'aval du Major, il suit la piste d'un vaccin qui traite la sclérose des cyber-cerveaux. Il apprend que de nombreux homme politiques, artistes et athlètes ont testé le traitement, alors que celui n'a pas été approuvé. Alors qu'il tient la preuve d'un complot du lobby des nanomachines, il se fait attaquer par un groupe d'intervention gouvernemental qui le blesse par balle.
À l'hôpital après sa blessure, Togusa est inconscient. La Section 9 plonge dans ses derniers souvenirs enregistrés pour connaître les événements précédant l'attaque. Ils remontent la piste de la fuite sur le vaccin. Il s'agit du Dr Imakurusu. La Section 9 tente de le récupérer avant que l'unité d'assaut n'arrive. Suivant une violente confrontation, le Major est blessée. Le Dr est également blessé par balle, tandis que Batou reçoit le dossier manquant par un homme qui serait le Rieur.
La Section 9 arrête le responsable de l'attaque meurtrière. Le Chef Aramaki est informé que son frère a été arrêté pour possession de drogues. Pendant ce temps, le Major Kusanagi change d'enveloppe corporelle car très endommagée.
Le Rieur kidnappe à nouveau Serano, le PDG du groupe Serano, comme il l'avait fait il y a de ça 6 ans. Alors qu'ils reparlent des événements qui se sont passés la première fois, la Section 9 découvre que la médiatisation du Rieur a été créée de toute pièce afin de manipuler l'opinion et les marchés. À la fin de l'épisode, il est révélé que le Major s'est déguisée comme le Rieur afin de confirmer les liens entre Serano et le Secrétaire Général Yakushima.
Une vidéo révélée par la presse montre que la Section 9 est impliquée dans l'enlèvement de Serano. Le gouvernement décide donc de démanteler la Section 9 par la force, en utilisant une unité d'intervention spéciale, composée d'agents en armure cybernétique. Ils prennent d'assaut les bâtiments de la Section 9. Le chef Aramaki ordonne à ses hommes de survivre avant d'être arrêté, tout comme Togusa.
Alors que le Chef Aramaki tente de négocier la survie de ses hommes, les membres de son équipe sont capturés les uns après les autres. 3 des Tachikoma restants décident de se réunir et de sauver Batou, après avoir pris connaissance de l'attaque de la Section 9 aux infos. Le Major reçoit une balle de sniper alors qu'elle s'apprête à monter dans un avion.
Après plusieurs mois, Togusa est rappelé par Batou qui l'emmène aux nouveaux locaux de la Section 9. On lui révèle que tout s'est déroulé selon le plan du Chef Aramaki, et que le Major est toujours en vie. Elle rencontre le véritable Rieur. Aramaki lui propose un poste au sein de la Section 9, qu'il refuse. L'affaire du Rieur et de Yakushima est révélée. L'équipe d'Aramaki reprend le travail.
