MF-Agent Ethan Hunt (Tom Cruise) erhält von seinem Vorgesetzten Swanbeck (Anthony Hopkins) nicht nur den Urlaub gekürzt, sondern auch einen brandaktuellen Auftrag: der australische IMF-Agent Sean Ambrose (Dougray Scott) hat in Hunts Maske einen russischen Molekularbiologen in einem Flugzeug umgebracht, den er eigentlich beschützen sollte. Auf eigene Rechnung will er sich in den Besitze zweier Objekte namens "Chimera" und "Bellerophon" bringen - wie sich später herausstellt handelt es sich um einen tödlichen Virus und sein direktes Gegenmittel. Mit Hilfe von Ambroses Exfreundin Nyah (Thandie Newton), die Hunt anheuert, kommen sie dem Unternehme Biocyte auf die Spur, die den Virus entwickelt hat. Doch wie sich herausstellt, ist das Virus bis auf zwei Kulturen zerstört und nur das Gegenmittel besteht - Grund genug für Hunt, auch die letzten Virenvorräte vor Ambrose zu vernichten...