Die Geheimorganisation Impossible Mission Force (IMF) ist nach ihrer vorübergehenden Schließung wieder aktiv. IMF-Chef Alan Hunley (Alec Baldwin) schickt seine Agenten Ethan Hunt (Tom Cruise), Benji Dunn (Simon Pegg) und Luther Stickell (Ving Rhames) auf eine heikle Mission, um hochgefährliches, waffenfähiges Plutonium sicherzustellen, das auf dem Schwarzmarkt angeboten wird. Eine aus Weltuntergangsfanatikern bestehende Terroristengruppe plant, es sich unter den Nagel zu reißen und daraus tragbare Atombomben zu bauen. Ihr Ziel: die Welt in Chaos zu stürzen. Hunts Mission schlägt jedoch fatal fehl, weil er das Leben seiner Partner über den Erfolg seines Auftrags stellt. Das bringt das IMF unter Druck, sodass die CIA-Chefin Erica Sloane (Angela Bassett) die Geduld verliert und ihren berüchtigten Agenten August Walker (Henry Cavill) zur Verstärkung schickt…