Die Handlung des Films beginnt rund 30 Jahre nach den Ereignissen des ersten Teils. Nachdem das Computergenie Kevin Flynn (Jeff Bridges, Crazy Heart) spurlos verschwunden ist, überlässt er seinem Sohn Sam (Garrett Hedlund, Eragon) sein mächtiges Softwareimperium. Doch der ist wütend, weil sein Vater ihn einfach verlassen hat und entwickelt sich zu einem Rebellen, der die zweifelhaften Entscheidungen des Firmenaufsichtsrats torpediert.
Da erhält Flynns alter Freund Alan Bradley (Bruce Boxleitner, Babylon 5) eine merkwürdige Pager-Nachricht und Sam macht sich auf die Suche nach seinem Vater. Schließlich landet er wie damals sein Vater in der digitalen Welt seines Vaters und muss sich mit dem herrschsüchtigen Clu (ebenfalls Jeff Bridges) herumschlagen. Dabei bekommt er Hilfe von der attraktiven Quorra (Olivia Wilde, Dr. House) und findet sogar seinen Vater. Doch damit ist das Abenteuer noch lange nicht vorbei, denn Clu plant eine schreckliche Invasion.
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