El agente especial Ethan Hunt vuelve a estar implicado en una crisis internacional de dimensiones espectaculares. Acompañado del genio informático Luther Stickell y con el recuerdo de una hermosa ladrona, Hunt recorre Australia y España embarcado en lo que parece una misión imposible: detener a un villano enloquecido antes de que lleve a cabo sus planes de destrucción masiva.

Mientras el terrorista Castor Tray permanece en coma, el agente del FBI Sean Archer decide tomar su identidad con el fin de saber dónde está escondida una importante arma biológica. Lo que no sospecha es que el terrorista va a escapar con el rostro del propio Sean Archer.