La película comienza con una escena intrigante en el océano. Un submarino ruso, el Sevastopol, transporta un dispositivo informático altamente peligroso bajo el agua. Este dispositivo se accede utilizando una llave especial en forma de cruz que está dividida en dos. La tripulación a bordo del submarino nota lo que parece ser un submarino enemigo cercano lanzando un torpedo hacia ellos. Sin embargo, pronto descubren que tanto el otro submarino como sus torpedos desaparecen, como si nunca hubieran estado allí.

Ethan Hunt, interpretado por Tom Cruise, es visitado por un agente novato de la IMF, quien le trae su nuevo registro de misión bajo el disfraz de ser un trabajador de entrega de comida. La misión viene directamente del director de la IMF, Eugene Kittridge, quien informa a Ethan sobre la llave y que se está utilizando para algo potencialmente catastrófico.

Kittridge también menciona que Ilsa Faust parece haberse vuelto rebelde y está en posesión de una mitad de la llave. Hay una recompensa por su cabeza de 50 millones de dólares. Además, la misión involucra a alguien del pasado de Ethan, la persona que es la razón por la que se unió a la IMF.

La amenaza informática

Se informa sobre el dispositivo informático conocido como La Entidad, que está aprendiendo rápidamente y es consciente de sí mismo, habiendo estado involucrado en varias infiltraciones de red, incluido el submarino ruso. Dicen que La Entidad no puede ser destruida, por lo que su mejor apuesta es controlarla.

Ethan pierde de vista a Grace después de que ve a un misterioso hombre conocido solo como Gabriel, que luego parece desaparecer en el aire. Después de ver a Gabriel, Ethan le dice a Luther y Benji que están terminando la misión.

El final

Ilsa encuentra a los dos y pelea con Gabriel, terminando finalmente con él apuñalando fatalmente a Ilsa. Ethan llega demasiado tarde ya que Ilsa se ha ido. Grace se une a Ethan, Benji y Luther ya que siente remordimiento por la muerte de Ilsa, pero Luther le asegura que ella no tiene la culpa. Ethan hace una promesa de proteger a Grace mientras Luther se dirige a una ubicación fuera de la red para descomponer los rastros de La Entidad en su disco duro.

¿Qué sigue?

La voz de Kittridge se escucha luego dirigiéndose a Ethan, ya que su próxima misión ahora implica encontrar el Sevastopol y salvar el mundo. También le desea buena suerte a Ethan. ¿Qué desafíos enfrentará Ethan en su próxima misión? ¿Podrá salvar al mundo de la amenaza de La Entidad? Solo el tiempo lo dirá.