中情局特工维勒（尚格·云顿饰）与美女搭档梅尔在保护一份机密文件的任务中被神秘组织追杀，梅尔牺牲，维勒被逮捕。醒来时维勒发现自己被囚禁在一艘核潜艇内，这里是CIA设在深海的一座与世隔绝的黑狱，他自己也变成了出卖国家机密的叛徒身份。除了拷打维勒的探员帕特里克，潜艇上还有维勒的恩师爱德华、女见习生凯茜和被关押的德国特工马可（杜夫·龙格尔饰），他们当中谁是盟友，谁是敌人？有人对维勒手中的机密文件感兴趣，有人却对离开深海恢复自由更感兴趣。维勒必须寻找队友，携手逃出生天，并自证清白……

一位医学博士研制出一种威力巨大的新型病毒“金美拉”，为保证运送安全请求中情局提供援助，孰料被扮作伊森的前中情局特工肖恩谋害，并窃取了病毒资料。伊森受命找到肖恩并获取相关情报，而在这之前，伊森必须得到女神偷奈雅的帮助，因为奈雅是肖恩的前女友，是接近肖恩的唯一人选。在获取奈雅信任的同时，伊森和奈雅萌生爱意。在制造奈雅被捕的假情报后，肖恩如期将奈雅救出，接到自己住处，不过肖恩已经怀疑奈雅的到来另有图谋。伊森和奈雅终于在赛马场接头并获知了情报内容，而同时肖恩已经察觉奈雅不仅奉命卧底，还与伊森坠入爱河。怀恨在心的肖

中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织。在特工头目吉姆的策划下，伊森所住的一组特工赶往了他们交易的地点。岂料，当他们按计划赶到时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。

中情局向以吉姆为首的特工小组发来指令，一名特工人员已经叛国，将在布拉格的领事馆窃取中情局在东欧潜伏的特工名单，一旦落入坏人手中，后果将不堪设想。他们奉命获取该特工窃取情报的证据，并将其与买家逮捕。很快，在吉姆的策划下，一线主力伊森·亨特和其他几名成员全部到位，不过当计划进行到一半时，情况突然急转直下，包括吉姆在内的小组成员相继殒命，情报失踪，只有伊森一人生还。精神几乎崩溃的伊森与上司见面，却因幸免遇难和帐户上突然多出的12万美元被指认为叛徒......

中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织。在特工头目吉姆的策划下，伊森所住的一组特工赶往了他们交易的地点。岂料，当他们按计划赶到时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。

超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目安布罗斯盗走，伊森率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。这次，伊森找到了女飞贼奈雅搭档，后者是安布罗斯的前女友，伊森在获取奈雅信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，伊森不得不安排奈雅回到安布罗斯身边卧底。奈雅终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的伊森前往药厂准备销毁病毒；另一边，安布罗斯已经察觉出了奈雅回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待伊森自投罗网。

超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目Sean Ambrose盗走，Ethan Hunt率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。这次，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah Nordoff-Hall搭档，后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身边卧底。Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒；

在一次邂逅中得到死神的力量而成为“代理死神”的黑崎一护，