Vào năm 2029, với sự tiến bộ của công nghệ điều khiển học, cơ thể con người có thể được "cường hóa" hoặc thậm chí thay thế hoàn toàn bằng các bộ phận điều khiển học. Một thành tựu quan trọng khác là cyberbrain, vỏ bọc cơ học cho não bộ con người cho phép truy cập Internet và các mạng khác. Một thuật ngữ thường được đề cập là "ma" (ghost), đề cập đến ý thức cư ngụ trong cơ thể gọi là "vỏ" (shell). Thiếu tá Kusanagi Motoko là lãnh đạo đội đột kích của Bộ An ninh Công cộng Tiểu đội 9 của "Thành phố Niihama" tại Nhật Bản.

Theo lời đề nghị của Nakamura, tổ trưởng Tiểu đội 6, cô ám sát thành công một nhà ngoại giao của nước ngoài để ngăn chặn một lập trình viên phản quốc tên là Daita. Thông dịch viên của Bộ Ngoại giao đã bị hack vào ma (ghost-hack), có lẽ là để ám sát các VIP trong một cuộc họp sắp tới. Tin rằng thủ phạm là Puppet Master bí ẩn, đội của Kusanagi đã theo dõi các cuộc gọi điện thoại đã phát tán virus.

Sau một cuộc truy đuổi, họ bắt được một nhân viên thu gom rác và một tên du côn. Tuy nhiên, cả hai chỉ là những cá nhân bị hack vào ma mà không có manh mối nào về Puppet Master. Cuộc điều tra một lần nữa đi vào ngõ cụt. Megatech Body, một nhà sản xuất "vỏ" có mối quan hệ chặt chẽ với chính phủ, đã bị hack và ráp thành một cơ thể điều khiển học. Cơ thể đã bỏ chạy nhưng bị xe tải đâm. Khi Tiểu đội 9 kiểm tra cơ thể, họ tìm thấy một "ma" người bên trong bộ não máy tính của nó. Thật bất ngờ, trưởng bộ phận của Tiểu đội 6 Nakamura đến để đòi lại cơ thể. Ông tuyên bố rằng "ma" bên trong não bộ chính là Puppet Master, đã bị dụ để chui vào cơ thể bởi Tiểu đội 6. Cơ thể tự kích hoạt lại, tuyên bố rằng nó là một thực thể tự chủ và yêu cầu quyền tị nạn.

Sau khi Puppet Master bắt đầu một cuộc tranh luận ngắn gọn về những gì cấu thành nên một con người, một đặc vụ được ngụy trang đi cùng Nakamura thực hiện hành động đánh lạc hướng và chạy trốn cùng với cơ thể. Cảm nhận được sự bất thường, đội của Kusanagi đã chuẩn bị và ngay lập tức truy đuổi đặc vụ. Trong khi đó, Tiểu đội 9 điều tra "Dự án 2501", được đề cập trước đó bởi Puppet Master, và tìm thấy mối liên hệ với Daita, người mà Tiểu đội 6 cố gắng ngăn chặn âm mưu phản quốc. Đối diện với thông tin được phát hiện, Aramaki Daisuke, tổ trưởng Tiểu đội 9, kết luận rằng Tiểu đội 6 đã tạo ra chính Puppet Master cho các mục đích chính trị khác nhau, và bây giờ tìm cách lấy lại cơ thể mà nó hiện đang sinh sống.

Kusanagi đi theo chiếc xe chở cơ thể đến một tòa nhà bỏ hoang, nơi cô phát hiện ra nó đang được bảo vệ bởi một tachikoma lớn. Sốt ruột khi phải đối mặt với ma của Puppet Master, Kusanagi tấn công vào chiến tăng mà không có kế hoạch dự phòng, dẫn đến việc hầu hết mọi bộ phận trên cơ thể cô bị cắt rời thành từng mảnh. Batou, cộng sự của cô đến kịp lúc để giải cứu cô và giúp kết nối não bộ của cô với Puppet Master.

Puppet Master giải thích cho Kusanagi rằng anh được tạo ra bởi Tiểu đội 6. Trong khi lang thang trên nhiều mạng khác nhau, anh dần trở nên đa cảm và bắt đầu suy ngẫm về sự tồn tại của mình. Quyết định bản chất của sự sống là sinh ra và chết đi, anh muốn tồn tại với một não bộ như bao người bình thường khác. Vì không thể thoát khỏi mạng của Tiểu đội 6, anh buộc phải tự tải bản thân mình vào một cơ thể điều khiển học. Sau khi tiếp xúc với Kusanagi, anh tin rằng cô cũng đang đặt câu hỏi về con người của mình và họ có rất nhiều điểm chung. Anh đề xuất sáp nhập phần ma của họ lại với nhau, đổi lại, Kusanagi sẽ có được tất cả khả năng của mình. Kusanagi đồng ý sáp nhập.

Lính bắn tỉa từ Tiểu đội 6 tiếp cận tòa nhà, dự định phá hủy não bộ của Puppet Master và Kusanagi để che đậy Dự án 2501. Vỏ của Puppet Master bị phá hủy, nhưng Batou che chắn đầu Kusanagi kịp thời để cứu não bộ của cô. Khi Tiểu đội 9 gần đến hiện trường, các tay súng bắn tỉa rút lui. "Kusanagi" thức dậy trong ngôi nhà cứu hộ của Batou với cái đầu của chiếc vỏ trước đó gắn liền với cơ thể cyborg mới. Cô nói với Batou rằng thực thể trong cơ thể cô không phải là Kusanagi hay Puppet Master, mà là sự kết hợp của cả hai. Cô hứa với Batou họ sẽ gặp lại nhau, rời khỏi nhà và tự hỏi sẽ đi đâu tiếp theo.