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( Dougray Scott饰)盗走,Ethan Hunt(Tom Cruise 饰)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(Thandie Newton饰)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;另一边,Sean Ambrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的,组织人马在药厂等待Ethan Hunt自投罗网。 激烈的搏斗中,Nyah为了帮助Ethan Hunt完成任务,将病毒注入了自己体内,只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内,才能挽救她的性命,Ethan Hunt又将面临不可能的任务。