Ethan Hunt (Tom Cruise) tiene una nueva misión: debe evitar que un antiguo ex-agente y ahora terrorista internacional llamado Sean Ambrose (Dougray Scott) se haga con un virus mortal y lo lance sobre Australia, lo que causaría millones de víctimas. Ayudado de nuevo por el informático Luther Stickell (Ving Rhames) y del conductor Billy Baird (John Polson), Hunt conocerá a la que fuera la amante del terrorista y que ahora también quiere acabar con él: la sensual y exótica ladrona Nyah (Thandie Newton).
