Ethan Hunt (interpretado por Tom Cruise) e a sua equipa recebem a missão de recuperar três armas nucleares de grande poder destrutivo. Quando a tarefa estava prestes a ser concluída, para salvar a vida de um dos membros da equipa, Luther (Ving Rhames), as três armas nucleares foram levadas. A diretora da CIA, Sra. Sloan (Angela Bassett), envia o seu braço direito, Walker (Henry Cavill), para supervisionar Ethan Hunt na missão de recuperar as armas nucleares. Entretanto, a agente especial Ilsa (Rebecca Ferguson) aparece subitamente, e Ethan Hunt descobre que não terá apenas de lidar com terroristas, mas também com um traidor infiltrado no governo.