l’agente Ethan Hunt (Tom Cruise) torna in azione, la IMF (Impossible Mission Force) è venuta a conoscenza di una potenziale minaccia globale, ad Hunt vengono dati solo pochi indizi, uno scienziato morto in un incidente aereo, un agente che invia un messaggio poco chiaro in cui accenna a due nomi di origine mitologica Chimera e Bellerofonte.
Hunt scopre così che Chimera è un pericolosissimo virus che ha lo scopo di diventare una potente arma batteriologica e che Bellerofonte ne è l’antidoto. Dietro a tutto questo c’è l’ agente deviato Sean Ambrose (Dougray Scott) che vuole trasformare la compagnia farmaceutica Byocite nella salvatrice del mondo, naturalmente dopo aver provocato con il virus una devastante pandemia.
Ad aiutare l’agente Hunt a recuperare virus ed antidoto, o a distruggerli entrambi se la missione lo richiedesse, la ladra professionista Nyah Nordoff-Hall (Thandie Newton), che verrà infiltrata nella cellula terrorista nei panni di ex-fiamma di Ambrose. Dietro le quinte l’esperto di informatica Luther Stickell (Ving Rhames) pronto a Sfoggiare tutto il suo repertorio da hacker per aiutare la missione.