超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目Sean Ambrose盗走，Ethan Hunt率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。这次，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah Nordoff-Hall搭档，后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身边卧底。Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒；

中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织。在特工头目吉姆的策划下，伊森所住的一组特工赶往了他们交易的地点。岂料，当他们按计划赶到时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。

鲁新达·庞德是一位出色能干的女警探，多次立功，可是在抓捕杀人犯维克特·奥尔宾过程中判断失误，造成无辜人员的死亡，这让她受到局内外人员的指责，而且误杀事件已在她心中形成了阴影，于是她被迫暂时离开工作岗位，回家静养。后来，内务局曾负责鲁新达案子的福来得·特尼在警局被人勒死，鲁新达的顶头上司查维斯派人请鲁新达再回警局，但鲁新达拒绝了。无意间鲁新达在一则新闻中得知，她小时侯生活过的房子中发生了杀人事件，死者被勒死，还有一个保险商人也无故被杀，两名死者都50多岁，高加索地区人，都是被人用他们自己的腰带勒死，而且身上

在加勒比海一个岛上，一个欢天喜地的嘉年华会正在展开，怎料两名久违了的友人却岛上相遇，他们分别是前任船长韦高连与前中情局特务吉上勋。过往的经历使两人陷于生死存亡之间，而友谊亦受到严峻考验。

　　伊森·亨特和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士调来她手下的得意猛将沃克，让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。