超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目SeanAmbrose（DougrayScott饰）盗走，EthanHunt（TomCruise饰）率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。这次，EthanHunt找到了女飞贼NyahNordoff-Hall（ThandieNewton饰）搭档，后者是SeanAmbrose的前女友。EthanHunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，EthanHunt不得不安排Nyah回到SeanAmbrose身边卧底。Nyah终于打探出病毒所在...