러시아 생물공학자 네코비치 박사는 비행기 내에서 이단 헌트(톰 크루즈)로 변장한 앰브로즈(더그레이 스코트)에게 벨레로폰을 탈취당한 후 살해된다. IMF(IMPOSSIBLE MISSION FORCE) 요원 이단 헌트는 네코비치 박사가 테러리스트 앰브로즈에게 탈취당한 것이 무엇인지 알아내기 위해 파견된다. 헌트는 키메라라는 것이 인플루엔자, 즉 유행성 감기를 없애기 위한 완벽한 치료제인 벨레로폰을 유전적으로 조합하다 부수적으로 만들어진 악성 바이러스라는 사실을 알아낸다. 헌트는 임무를 위해 앰브로즈의 전 애인 니아 홀(탠디 뉴톤)을 포섭한다. 헌트는 니아와 사랑에 빠지지만 키메라 바이러스를 파괴하기 위해 니아를 앰브로즈에게 보낸다. 그러나 헌트와 니아의 관계를 눈치 챈 앰브로즈는 니아를 역이용하고 이 과정에서 니아는 마지막 남은 키메라 바이러스 자신의 몸에 주입하는데...