超級病毒“金美拉”和抗生素在運(yùn)送途中被恐怖組織頭目Sean Ambrose（多格雷·斯科特飾）盜取，其真實(shí)目的是利用病毒引發(fā)全球恐慌并壟斷解藥市場。Ethan Hunt（湯姆·克魯斯飾）率領(lǐng)IMF小組接受中情局任務(wù)，負(fù)責(zé)奪回病毒。為獲取關(guān)鍵情報(bào)，Ethan招募了女飛賊Nyah Nordoff-Hall（坦迪·牛頓飾）作為搭檔，后者曾是Ambrose的情人。在培養(yǎng)信任的過程中，兩人逐漸產(chǎn)生感情羈絆，但Ethan仍果斷安排Nyah重返A(chǔ)mbrose身邊執(zhí)行臥底任務(wù)。通過Nyah的潛伏情報(bào)，Ethan鎖定病毒藏匿地點(diǎn)并突襲藥廠。Ambrose識破Nyah身份后設(shè)下埋伏，雙方在廠房內(nèi)激烈交鋒。危急關(guān)頭Nyah主動將病毒注入體內(nèi)以破壞計(jì)劃，迫使Ethan必須在20小時內(nèi)完成雙重任務(wù)——摧毀病毒并搶救愛人。最終Ethan成功奪取抗生素注射給Nyah，同步破壞了Ambrose的陰謀網(wǎng)絡(luò)，IMF小組在直升機(jī)支援下完成不可能任務(wù)。