超级病毒“黄金梅拉”和抗生素在运输途中被恐怖分子头目肖恩·安布罗斯（多格雷·斯科特DougrayScott饰）偷走，伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯TomCruise饰）带领他的IMF小组接受了中央情报局的工作，并取回了病毒。这一次，伊森·亨特找来了女飞贼尼亚·诺多夫-霍尔（桑迪·牛顿ThandieNewton饰）作为搭档，她是肖恩·安布罗斯的前女友。伊桑·亨特在获得尼亚的信任的同时，两人也暗生情愫。然而为了完成任务，伊森·亨特不得不安排尼亚回到肖恩·安布罗斯身边卧底。尼亚终于找到了病毒所在的药厂。伊森·亨特收到信息后，前往药厂准备消灭病毒；撒网。在激烈的搏斗中，尼亚为了帮助伊森·亨特完成任务，将病毒注入了自己的体内。只有在20小时内给Nyah注射抗生素才能挽救她的生命，EthanHunt将再次面临不可能完成的任务。
