特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 饰）和他的IMF小组将开启迄今为止最危险的一次任务：追踪一种会危及全人类性命的新型武器，并阻止其落入坏人之手。与此同时，伊森曾对抗过的黑暗势力也正在卷土重来，整个世界的命运岌岌可危。面对神秘而强大的敌人，他不得不面对选择使命还是至爱的终极抉择。

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（乔恩•沃伊特 Jon Voight 饰）的策划下，伊森（汤姆•克鲁斯 Tom Cruise 饰）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，其他队员都被杀害。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。

作为海军顶尖飞行员服役30多年后，代号为“独行侠”的皮特·米歇尔（汤姆·克鲁斯 饰）决定打破体制的限制成为一名试飞员，接受更大的挑战。当他接到命令，为一项高难度特殊任务训练一群“高空利剑”项目的毕业生时，他遇到了已故的好友兼雷达截获官，代号“笨鹅”的尼克·布拉德肖中尉之子布莱德利·布拉德肖中尉（代号：公鸡）。
面对不确定的未来和难以释怀的心魔，独行侠必须战胜内心深处的恐惧。因此，他参与了一项需要巨大牺牲才能完成的任务。