Ghost in the Shell 2: Innocence menghadirkan lanjutan kisah cyberpunk yang lebih gelap dengan Atsuko Tanaka sebagai Major Motoko Kusanagi, Akio Otsuka sebagai Batou, Koichi Yamadera sebagai Togusa, serta Yutaka Nakano sebagai Ishikawa. Berlatar tahun 2032, film ini mengikuti Batou, agen cyborg dari Section 9, yang kini bekerja sama dengan Togusa untuk menyelidiki serangkaian kasus kematian misterius yang melibatkan robot humanoid.

KLovers, cerita berfokus pada kasus gynoid, yaitu robot berbentuk perempuan yang awalnya dirancang untuk hiburan, namun tiba-tiba mengalami kerusakan fatal dan membunuh manusia. Karena kejadian ini terjadi berulang tanpa sebab jelas, Section 9 mencurigai adanya pembunuhan terencana. Penyelidikan pun mengarah pada fakta mengejutkan bahwa gynoid tersebut mengandung “ghost” ilegal, yaitu kesadaran manusia yang ditanamkan secara artifisial.

Batou dan Togusa mulai menelusuri kemungkinan keterlibatan pihak kriminal dan politik. Jejak mereka membawa ke perusahaan pembuat gynoid bernama LOCUS SOLUS, serta jaringan yakuza yang tampaknya memiliki hubungan dengan kasus ini. Ketika mereka mencoba menggali informasi di lingkungan kriminal, situasi berubah menjadi konfrontasi brutal yang memperlihatkan sisi keras dunia tempat mereka hidup.

Di tengah penyelidikan, Batou mengalami kejadian aneh ketika sistem cybernetic-nya diretas. Ia kehilangan kendali atas tindakannya sendiri dan hampir mencelakai orang-orang di sekitarnya. Insiden ini mengungkap bahwa musuh yang mereka hadapi bukan hanya fisik, tetapi juga mampu menyerang pikiran dan identitas seseorang melalui teknologi. Ancaman ini membuat batas antara kehendak manusia dan manipulasi mesin semakin kabur.

Sementara itu, bayangan sosok Major Motoko Kusanagi, yang telah "menghilang" dari dunia fisik, masih terasa dalam perjalanan Batou. Ia seperti menjadi suara yang sesekali muncul, memberikan petunjuk sekaligus memperkuat konflik batin Batou tentang arti keberadaan dan kesadaran.

Seiring penyelidikan berlanjut, Batou dan Togusa menemukan bahwa kasus ini bukan sekadar kejahatan biasa, melainkan bagian dari praktik ilegal yang mengeksploitasi kesadaran manusia demi menciptakan produk yang lebih "hidup". Hal ini memunculkan pertanyaan moral yang dalam tentang kemanusiaan, identitas, dan batas etika dalam penggunaan teknologi.