超级病毒“木村”和抗生素在途中被恐怖组织头目肖恩·安布罗斯(多格雷·斯科特饰)偷走。伊森·亨特(汤姆·克鲁斯饰)带领他的IMF团队接受了中情局的任务,取回了病毒。 这一次,伊森·亨特发现了一个女告密者尼亚·诺尔多夫·霍尔(桑迪·牛顿饰),她是肖恩·安布罗斯的前女友。 虽然伊森·亨特获得了尼亚的信任,但他们也秘密地发生了关系。 然而,为了完成任务,伊森·亨特不得不安排尼亚回到肖恩·安布罗斯那里去卧底。 Nyah终于找到了病毒所在的药厂,收到情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒。另一方面,肖恩·安布罗斯已经注意到了尼亚回到自己身边的真正目的,并组织人在药厂等待伊森·亨特将自己困住。 在激烈的斗争中,Nyah为了帮助Ethan Hunt完成任务,将病毒注入了她的体内。只有在20小时内给Nyah注射抗生素,她才能保住性命,而Ethan Hunt将面临一个不可能完成的任务。