Geheim agent Ethan Hunt krijgt de opdracht om een dodelijk, genetisch gemanipuleerd virus op te sporen en te vernietigen, voordat zijn ex-collega Sean Ambrose het in handen krijgt. Ambrose wil met het virus een epidemie veroorzaken. Hij beschikt namelijk over het tegengif en is van plan om hier grof geld voor te vragen. Hunt roept de hulp in van de ex-vriendin van Ambrose, de beeldschone dievegge Nyah. De tijd dringt en Ethan en Nyah trekken alles uit de kast om een ramp te voorkomen.