IMF(不可能作戦部隊)のエージェントであるイーサン・ハントは、現在は現場第一線を退き、訓練教官を務めるかたわら本業を秘密にして婚約者のジュリア・ミードと幸せな生活を送っていた。ある日、イーサンの元に教え子の女エージェントのリンジー・ファリスが、ブラックマーケットの商人であるオーウェン・デイヴィアンの監視任務中に拉致され、ベルリンの廃工場に捕らえられているとの情報が上司のジョン・マスグレイブから伝えられる。イーサンは再び危険な現場に戻ることに迷いながらも最終的にリンジー救出作戦への参加を決め、ルーサー・スティッケル、ゼーン・リー、デクラン・ゴームリーらとチームを組みリンジー救出を成功させるが、彼女は頭の中に仕掛けられていた小型爆弾により死亡してしまう。
しかし、廃工場より持ち帰った端末からデイヴィアンに関する情報を得たイーサンらはバチカンでデイヴィアンを拉致し、彼が取引しようとしていた「ラビットフット」なる物品の情報をも得る。それとは別にリンジーが密かにイーサンに託していたファイルにより、IMF局長のセオドア・ブラッセルが裏でデイヴィアンと連絡を取り合っていたことを知る。戸惑うイーサンだったが、そんな中デイヴィアンを護送していた車列が謎の武装集団に襲撃され、彼の逃亡を許してしまう。逃亡したデイヴィアンは手下にジュリアを拉致させると、彼女と引き換えに48時間以内にラビットフットを入手するようイーサンに要求する。
早速ラビットフット入手に動こうとするイーサンだったが、突如IMFのエージェントにより拘束され、IMF本部でブラッセルにバチカンでの作戦を無断で実行していたことなどを咎められる。一方マスグレイブは、イーサンに上海のとあるアパートに向かうよう暗に指示した上で、逃走するよう仕向ける。IMF本部から逃走したイーサンが指示されたアパートに向かうと、マスグレイブから連絡を受けていたルーサーらが合流し、ラビットフットがアパートからほど近いビルに保管されていることを告げられる。イーサンは3人の手を借りビルに侵入しラビットフットを奪うとデイヴィアンに連絡。指示された場所に向かい、現れたデイヴィアンの手下に示された薬を飲み眠りに落ちる。
眠りから覚めたイーサンは、デイヴィアンの手下にリンジーが仕込まれたのと同様の小型爆弾を頭に仕込まれる。次にマスグレイブが現れ、自分がブラッセルの仕業に見せかけてデイヴィアンと連絡を取り合い結託していたことと、中東のバイヤーにラビットフットを売り渡し、それをきっかけにして国による軍事介入と内政干渉が行われる計画を明かす。更に彼はリンジーが密かに託していた情報について話す代わりにジュリアを解放することを提案するが、イーサンは一瞬の隙をついて逃走。ラビットフットに取り付けておいた発信機の情報を頼りにその保管場所に向かうと、そこにいたデイヴィアンを倒しジュリアを救出、更に彼女の手を借り電気ショックにより頭の爆弾を無効化する。イーサンが電気ショックで気絶している間にジュリアが後からやってきたマスグレイブを射殺し、息を吹き返したイーサンがラビットフットを無事確保する。
任務終了後、イーサンは全てを知ることになったジュリアとともにIMFの面々の祝福を受け、ハネムーンに出かける。
登場人物
イーサン・ハント(英語版
役名俳優日本語吹替
劇場公開版フジテレビ版
イーサン・ハントトム・クルーズ森川智之
オーウェン・デイヴィアンフィリップ・シーモア・ホフマン山路和弘江原正士
ルーサー・スティッケルヴィング・レイムス手塚秀彰銀河万丈
ジュリア・ミードミシェル・モナハン岡寛恵甲斐田裕子
ゼーン・リーマギー・Q魏涼子
デクラン・ゴームリージョナサン・リース=マイヤーズ竹若拓磨坂詰貴之
ジョン・マスグレイブビリー・クラダップ桐本琢也内田直哉
リンジー・ファリスケリー・ラッセル藤貴子木下紗華