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的药厂，接获情报的EthanHunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，SeanAmbrose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EthanHunt自投罗网。激烈的搏斗中，Nyah为了帮助EthanHunt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，EthanHunt又将面临不可能的任务。

派屈克與父母到小島渡假，不料遭到不明生物攻擊，他的父母因而喪生！劫後餘生的派屈克因打擊過大而精神失常，心理學家為了幫助他療傷，特地帶他重回舊地，卻再度遭受擊…。後來才發現，因為石油公司在小島進行鑽探工作，破壞了自然生態，讓巨型蜥蜴科摩多產生攻擊性，他們能夠全身而退嗎？