Expert na biochemii Dr. Vladimir Nekhorvich pošle zprávu MMF pro Ethana Hunta, jeho starého přítele, s varováním, že jeho zaměstnavatel, Biocyte Pharmaceuticals, ho přinutil vyvinout biologická epidemie, která má prospěch z jejího léčení. Zajistí schůzku s Ethanem za účelem dodání viru Chimera a jeho léčby Bellerophon. S Ethanem na dovolené a v izolaci vysílá MMF agenta Seana Ambrose v přestrojení za Ethana, aby se setkal s Nekhorvichem v osobním letadle. Ambrose se stane nepoctivým, zabije Nekhorvicha a ukradne Bellerophona, než jeho muži zničí letadlo.
Velitel MMF Swanbeck informuje Ethana o okolnostech Nekhorvichovy smrti a určí, že Ambrose je zodpovědný. Swanbeck pověří Ethana obnovením viru a jeho léčení, a nechá ho naverbovat Nyah Nordoff-Hall, profesionální zlodějku, která v současnosti působí ve španělské Seville. Nyah byla přijata jako součást týmu, aby vystopovala Ambrose a jeho tým, protože je Ambroseovou bývalou přítelkyní. Ethan ji neochotně přesvědčí, aby špehovala Ambrose.
Ethan sestavuje svůj tým, počítačový expert Luther Stickell a pilot Billy Baird, v australském Sydney, kde sídlí laboratoře Biocyte a Ambrose pobývá. Když Ethan vsadil na Biocyte, Nyah znovu rozvíjí svůj dřívější vztah s Ambrose a předává informace týmu Ethana. Na dostihové akci se Ambrose setkala s generálním ředitelem Biocyte, Johnem C. McCloyem. Ukazuje McCloyovi video Chimery z paměťové karty, které ovlivnilo jednoho z Nekhorvichových kolegů, než McCloye vydíral, aby s ním spolupracoval. Nyah ukradne paměťovou kartu fotoaparátu a doručí ji Ethanovi. Dozvědí se, že Chimera má 20hodinovou spící dobu, než způsobí smrt hromadným ničením červených krvinek oběti. Bellerophon může oběť zachránit, pouze pokud je použita v tomto 20hodinovém okně. Když Nyah diskrétně vrátí paměťovou kartu Ambrose, všimne si, že je ve špatné kapse saka.
Ethanov tým unese McCloya, aby ho donutil vzdát se Bellerophona. Jediné vzorky Bellerophonu však byly odebrány Nekhorvichem a nyní jsou v rukou Ambrože. Ambrose má lék, ale virus nemá; v té době mu nevěděl, Nekhorvich si ho injekčně aplikoval Chimerou, aby jej propašoval z Biocytu Ambrose plánuje vyměnit vzorek Bellerophonu za McCloya za vzorek Chimery. Ethanův tým pronikne do Biocyte, aby virus zničil, než k výměně dojde. Ambrose, vydávající se za Ethana, přiměje Nyah odhalit plán, poté zajme Nyah a zaútočí na Biocyte, aby zajistil virus. Ethan je schopen zničit všechny kromě jednoho vzorku Chimery, než Ambrose zasáhne, a následuje přestřelka, která vyvrcholí tím, že vzorek spadne na zem mezi Ambrose a Ethanem. Ambrose nařídí Nyah získat vzorek; místo toho se do ní sama napíchne a brání Ambroseovi v tom, aby ji jednoduše zabil poté, co mu ji získala. Nyah trvá na tom, že ji Ethan zabije, aby zničil virus, ale Ethan není ochoten tak učinit. Ambrose vezme Nyah pryč, když Ethan unikne z laboratoře.
Ambrose uvolní Nyah, aby omámeně bloudil ulicemi Sydney a chtěl zahájit pandemii. Nabídne prodej Bellerophonu společnosti McCloy výměnou za opce na akcie, aby se stal majoritním akcionářem společnosti Biocyte. Předpovídá, že cena akcií společnosti Biocyte prudce vzroste kvůli poptávce po Bellerophonu po vypuknutí Chimery. Ethan infiltruje schůzku a ukradne zbývající vzorky Bellerophona. Zatímco Ethana pronásledují Ambroseovi muži, Luther a Billy lokalizují Nyah, která putovala na stranu útesu, s úmyslem zabít se, aby zabránila případnému vypuknutí. Ethan zabije Ambroseovy muže, ale Ambrose ho pronásleduje na pláž, kde Ethan porazí v brutálním pěstním souboji. Když zbývá 20 hodin na odpočítávání, Luther dorazí k Ethanovi na pláži. Když se Ethan chystá dát Lutherovi kanystr Bellerophon, Ambrose se zotaví a namíří na Ethana zbraň. Ethan hodí kanystr Lutherovi a vyskočí z Ambrózova výstřelu, zatímco vystřelí zbraň z písku, který používá k tomu, aby Ambrose konečně zabil. Luther vstříkne Nyah Bellerophon včas, aby ji vyléčil.
MMF vymaže Nyahin trestní rejstřík a Ethan s ní zahájí dovolenou v Sydney.