超級病毒“金美拉”和抗生素在運送途中,被恐怖組織頭目Sean Ambrose( Dougray Scott 飾)盜走,Ethan Hunt(Tom Cruise 飾)率領(lǐng)他的IMF小組接受中情局的任務(wù),找回病毒。這次,Ethan Hunt找到了女飛賊Nyah Nordoff-Hall(Thandie Newton 飾)搭檔,后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在獲取Nyah信任的同時,二人也暗生情愫。但是,為了完成任務(wù),Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身邊臥底。Nyah終于打探出病毒所在的藥廠,接獲情報的Ethan Hunt前往藥廠準備銷毀病毒;另一邊,Sean Ambrose已經(jīng)察覺出了Nyah回到自己身邊的真正目的,組織人馬在藥廠等待Ethan Hunt自投羅網(wǎng)。 激烈的搏斗中,Nyah為了幫助Ethan Hunt完成任務(wù),將病毒注入了自己體內(nèi),只有在20個小時之內(nèi)將抗生素注入Nyah體內(nèi),才能挽救她的性命,Ethan Hunt又將面臨不可能的任務(wù)。