2029, Newport City. Le Major Motoko Kusanagi, femme cyborg ultra-perfectionnée, à la tête de la Section 9, une unité d’élite anti-terroriste, enquête sur un nouveau cyber-virus capable de contrôler les esprits et d’altérer les souvenirs de ses victimes. Le suspect principal, surnommé le « Marionnettiste », à la réputation aussi mystérieuse qu’insaisissable, devient la cible d’une traque intense sur fond de rivalité avec la section 6, à la solde du Ministère des Affaires Etrangères et de son mystérieux Projet 2501. Écoutant sa voix intérieure, Motoko se lance corps et âme dans une quête sans relâche qui l’amènera à questionner son existence et sa part d’humanité.
Batou est un cyborg vivant. Son corps entier a été fabriqué par l'homme. Seules lui restent des bribes de son cerveau et le souvenir d'une femme. Voici la débauche du "fantôme" d'un homme solitaire qui néanmoins cherche à conserver son humanité.
En l'an 2002, devant la prolifération des robots Labor, une escouade Patlabor est créée afin d'empêcher l'utilisation de cette technologie par des criminels. La destruction, en Asie du Sud-Est, d'une équipe de Labor, est la déclaration d'une guerre terroriste mondiale.
Dans un futur indéterminé, une nouvelle unité de police, les Patlabor, utilise des robots géants pour faire régner l'ordre. Mais des pannes inexpliquées perturbent les machines.