Ghost in the Shell 2: Innocence spielt im Jahr 2032, drei Jahre nach dem ersten Film. Die Grenze zwischen Mensch und Maschine ist fast bis zur Unkenntlichkeit verwischt. Während der Polizist Batou von der Anti-Terror-Einheit „Public Security Section 9“ immer noch versucht, das Verschwinden des Majors zu verarbeiten, wird ihm der Fall von Gynoiden vom Typ Hadaly zugewiesen – eine neue Art weiblicher Roboter, welcher als sexuelle Gefährtinnen geschaffen wurden und ohne ersichtlichen Grund begonnen haben, ihre Besitzer umzubringen. Zudem hat offenbar keine Familie der Opfer versucht, Locus Solus, das Unternehmen, welches die fehlerhaften Roboter herstellt, zu verklagen. Im Laufe der Ermittlungen müssen sich der fast vollständig kybernetische Batou und sein noch größtenteils menschlicher Partner Togusa mit brutalen Yakuza-Schlägern, hinterlistigen Hackern, Regierungsbeamten und Wirtschaftskriminellen auseinandersetzen, um die schockierende Wahrheit hinter dem Verbrechen aufzudecken.