IMF-Agent Ethan Hunt (Tom Cruise) und seine Partnerin Nyah Hall (Thandie Newton) sollen den ehemaligen Kollegen und Verräter Sean Ambrose (Dougray Scott) - mittlerweile ein gesuchter Terrorist - davon abzuhalten, mit Hilfe von künstlich hergestellten Viren, weite Teile der Erde auszurotten. Er verfügt bereits über eine Komponente, die zur Züchtung der Viren nötig ist. Hunt muss nun versuchen, in den Besitz des zweiten Bestandteils zu kommen. Ambroses Ex-Freundin Nyah unterstützt ihn dabei. Doch dann fliegt Nyahs Tarnung auf...