超級病毒“金美拉”和抗生素在運送途中，碟中諜被恐怖組織頭目Sean Ambrose（ Dougray Scott 飾）盜走，碟中諜Ethan Hunt（Tom Cruise 飾）率領他的碟中諜IMF小組接受中情局的任務，找回病毒。碟中諜 這次，碟中諜Ethan Hunt找到瞭女飛賊Nyah Nordoff-Hall（Thandie Newton 飾）搭檔，碟中諜後者是碟中諜Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在獲取Nyah信任的碟中諜同時，二人也暗生情愫。碟中諜 但是碟中諜，為瞭完成任務，碟中諜Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身邊臥底。碟中諜 Nyah終於打探出病毒所在的碟中諜藥廠，接獲情報的碟中諜Ethan Hunt前往藥廠準備銷毀病毒；另一邊，Sean Ambrose已經察覺出瞭Nyah回到自己身邊的碟中諜真正目的，組織人馬在藥廠等待Ethan Hunt自投羅網。 激烈的搏鬥中，Nyah為瞭幫助Ethan Hunt完成任務，將病毒註入瞭自己體內，隻有在20個小時之內將抗生素註入Nyah體內，才能挽救她的性命，Ethan Hunt又將面臨不可能的任務。
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