伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。

《终结者2：审判日》发生的27年后，由于未来天网派来T-800成功杀死年幼的约翰，以致令未来产生变化，一个全新进化的液态金属终结者从未来派出，目的是追杀持有关键讯息的丹妮·拉莫斯、半生化人葛蕾丝和她的朋友。这使莎拉·康纳以及成功杀死约翰的T800终结者前来帮助她们一行人，以共同为了人类的未来而战。

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。

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。