《攻壳机动队2.0》的故事发生在公元2029年。彼时，科技与信息高度发达，人类生活日益便利，犯罪活动也随之走向高科技化。为打击这类犯罪，专门负责相关行动的公安9课应运而生。全身义体化的女警草薙素子担任队长，带领成员一次次执行危险任务。
这一次，公安9课受公安6课委托，秘密处理一名程序员逃往他国的事件，却意外牵扯进传说中的黑客“傀儡师”所引发的犯罪案件。正当调查陷入僵局时，“傀儡师”竟主动现身于公安9课，素子和她的战友也因此逐渐卷入一场与政府有关的阴谋。
本片改编自1995年的动画电影《GHOST IN THE SHELL》，在保留原有剧情的基础上，对画面进行了全面重制。
科幻片