Attenzione: di seguito viene rivelata, del tutto o in parte, la trama dell'opera.
Ambientato nel 2029, il film inizia con il maggiore Motoko Kusanagi (membro della nona sezione di polizia) intento a spiare un diplomatico estero impegnato nel tentativo di assumere un ingegnere per rimediare al "baco" del Progetto 2501. Ma la polizia irrompe nell'edificio e, di fronte al rifiuto dell'ufficiale estero di riconsegnare l'ingegnere, Kusanagi, provvista di mimetica termo-ottica, uccide il sequestratore e scompare senza lasciare traccia.

Scorrono quindi i titoli di apertura alternati a sequenze della costruzione del corpo cibernetico di Motoko Kusanagi con, in sottofondo, il brano M01 I - Making of Cyborg composto da Kenji Kawai.

Nella scena successiva, il capo della Sezione 9 Daisuke Aramaki conversa con un ufficiale riguardo gli ingegneri in attesa di ricevere asilo politico. Lo sviluppo degli eventi si sposta quindi sull'elemento chiave del film, il misterioso "Signore dei Pupazzi", un hacker dalle fattezze sconosciute responsabile dell'attacco al cervello cibernetico dell'interprete di un ministro del governo. Ma proprio grazie a questo attacco la Sezione 9 riesce a localizzarne il segnale d'origine e, durante il percorso per raggiungerlo, Kusanagi e il suo compagno Togusa discutono (dialogo integrale) sul perché quest'ultimo sia stato scelto per entrare nella Sezione 9 dal momento che il suo corpo è quasi interamente organico (e quindi più debole e impreciso nei movimenti). Kusanagi risponde che è proprio quello il motivo per cui l'ha voluto: essendo completamente umano, il suo modo di reagire agli stimoli esterni è diverso da quello dei dotati di corpo cibernetico. Questo crea maggiore varietà e forza nel gruppo poiché, secondo Kusanagi, l'eccessiva specializzazione è sintomo di debolezza.

L'hacker fonte del segnale si rivela essere un netturbino che vuole rovinare la vita della ex-moglie per punirla di averlo lasciato e di avergli impedito di vedere sua figlia. Spiega anche, al suo compagno di lavoro, che è stato uno sconosciuto ad avergli insegnato come fare. Batou e Ishikawa (due membri della Sezione 9) arrivano al terminale di hacking troppo tardi ma, grazie alla fortuita collaborazione di un condomino della zona, individuano nel netturbino l'origine del problema. Colto in flagrante, quest'ultimo raggiunge la persona che l'aveva aiutato nell'operazione di hacking la quale, a sua volta, rifiuterà di farsi arrestare scaricando un intero caricatore di "proiettili ad alta velocità" sul camion dei rifiuti e sull'automobile di Batou. Dopo una lunga caccia nel mercato e nei quartieri di New Port City, prolungatasi a causa della mimetica termo-ottica utilizzata dal criminale, Kusanagi e Batou riescono ad arrestarlo.