Сэм Флинн (Гаррет Хедлунд), технически одарённый 27-летний сын Кевина Флинна (Джефф Бриджес), начинает расследовать исчезновение своего отца и оказывается втянутым в тот же мир жестоких программ и гладиаторских игр, в котором его отец жил на протяжении 20 лет. Вместе с помощницей Кевина отец и сын пускаются в рискованное путешествие за жизнью по кибер-вселенной, которая стала ещё более совершенной и чрезвычайно опасной.
Старый друг Кевина Алан Брэдли (Брюс Бокслейтнер) получает сообщение на пейджер с отключённой телефонной линии из старого офиса Флинна (старого зала игровых автоматов Флинна). Сэм направляется туда и обнаруживает потайную комнату с работающим компьютером. Пробуя разобрать и выяснить последние действия отца, он активирует лазер, который оцифровывает его. Так Сэм попадает в кибер-вселенную, созданную его отцом.
Сэм попадает в плен к защитным программам и приговаривается к гладиаторским играм. Он убивает двух противников в поединке на дисках, но его побеждает чемпион игр Ринзлер. Узнав что Сэм является пользователем, а не программой, Ринзлер выдаёт его лидеру мира — Клу (Копирующая Личность Утилита), кибер-клону Кевина, который захватил власть над системой. Клу заставляет Сэма состязаться с ним в гонках на светоциклах, но Сэма спасает Кворра (Оливия Уайлд). Она увозит его в пространство вне территории, контролируемой Клу, где находится убежище Кевина.
Пожилой Кевин (в мире Сети прошло уже несколько тысяч «циклов» за 20 лет реального времени) объясняет сыну, что он создал этот мир с помощью Клу и Трона (программа Брэдли). В системе сами по себе возникли разумные существа «изоморфы» (изоморфические алгоритмы, сокращенно ИЗО), что для Кевина было чудом. Однако, Клу, которого Кевин запрограммировал на создание совершенного мира, посчитал, что безграничные знания изоморфов делают его самого бесполезным для системы и не ведут к построению совершенного устройства мира. Клу совершил революцию, предал Кевина, заразил защитную суперпрограмму Трон вирусом и уничтожил всех изоморфов. Кевин ушёл в подполье и не успел вернуться до закрытия портала в реальный мир.
Оказывается, что сообщение на пейджер Алану было послано Клу, чтобы заманить Сэма в Сеть и открыть портал, а затем захватить диск Кевина, который позволит ему самому выйти в реальный мир. В ярости от бездействия отца, Сэм по совету Кворры едет обратно в Сеть и находит эксцентричного владельца клуба «Конец строки» по имени Зюс (Майкл Шин). Зюс предаёт Сэма гвардейцам Клу, но его спасают Кворра и Кевин. При этом, Кворра серьёзно ранена, а Зюс заполучает диск Кевина. Трое героев сбегают на борту солнечного паруса, который направляется к порталу. Клу забирает диск Кевина и уничтожает Зюса вместе с клубом. Кевин восстанавливает код Кворры и раскрывает, что она является последней из изоморфов. Сэм описывает реальный мир восхищённой Кворре.
Вместо портала герои попадают на огромный корабль Клу, где он перепрограммирует мирные программы в боевые, создавая армию для захвата реального мира, чтобы сделать его «совершенным». Кворра жертвует собой, чтобы дать возможность Сэму и Кевину добраться до портала. Увидев, как Ринзлер берёт её в плен, Кевин узнаёт в нём перепрограммированного Трона. Сэм пробивается в кабинет Клу, забирает диск отца и спасает Кворру. Все трое улетают на световом самолёте к порталу. Клу и Ринзлер летят за ними на истребителях. После яростной перестрелки Ринзлер готовится сбить героев, но в последний момент вспоминает, что он — Трон и таранит корабль Клу. Падая, Клу забирает у Ринзлера запасной истребитель и улетает. Погружаясь в энергию океана Моделирования, тонущий Ринзлер/Трон изменяет свой цвет с красного на светло-голубой, изначальный цвет Трона.
Возле портала герои встречают Клу. Кевин пытается договориться, но Клу не желает ничего слышать. Забрав диск Кевина, Клу видит, что это на самом деле диск Кворры. Используя диск Кевина как ключ доступа, Сэм и Кворра входят в портал, а Кевин жертвует собой чтобы уничтожить Клу и всю его армию в придачу. Вернувшись, Сэм копирует этот компьютерный мир на карту памяти и выключает компьютер. Выйдя в зал автоматов из потайной комнаты и встретив Алана, он назначает его председателем совета директоров компании «ЭНКОМ Интернешнл». На улице Сэма ждёт Кворра. Сэм и Кворра уезжают на его мотоцикле, и Кворра видит свой первый рассвет в реальном мире.