超级病毒“金(jin)美拉”和抗(kang)生(sheng)素在运送途中，被恐怖(bu)组织头目(mu)Sean Ambrose（ Dougray Scott  饰）盗走，Ethan Hunt（Tom Cruise 饰）率领(ling)他的IMF小组接受中(zhong)情(qing)局的任务，找回病毒。
　　这次(ci)，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah Nordoff-Hall（Thandie Newton  饰）搭档，后者(zhe)是Sean Ambrose的前女(nv)友(you)。Ethan Hunt在获(huo)取Nyah信任的同(tong)时，二人也暗生(sheng)情愫。
　　但是(shi)，为了完成任务，Ethan Hunt不(bu)得不安排(pai)Nyah回到Sean Ambrose身边(bian)卧底。
　　Nyah终于打探出病(bing)毒(du)所在的药厂，接获情报(bao)的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病(bing)毒；另(ling)一(yi)边(bian)，Sean Ambrose已经察(cha)觉出了Nyah回到自己身边的(de)真正目(mu)的，组织人(ren)马(ma)在药厂等待Ethan Hunt自投(tou)罗网。
　　激(ji)烈的搏斗中，Nyah为(wei)了帮助Ethan Hunt完成任务，将病毒(du)注入了(le)自己体(ti)内(nei)，只有在20个(ge)小时(shi)之内将抗生素注入(ru)Nyah体内，才能(neng)挽救她的性命，Ethan Hunt又将面临不可能(neng)的任务。