O filme começa com Hunt e sua equipe da IMF, Benji Dunn (Simon Pegg) e William Brandt (Jeremy Renner), tentando impedir um plano terrorista de roubar códigos nucleares da Rússia. No entanto, a missão dá errado e o Kremlin é destruído.
O vilão do filme é Owen Davian (Philip Seymour Hoffman), um terrorista que está planejando um ataque nuclear. Davian é um personagem complexo e carismático, e Hoffman oferece uma atuação memorável.
O objetivo de Davian é iniciar uma guerra nuclear entre os Estados Unidos e a Rússia. Ele acredita que isso levará a um novo mundo em que ele será o líder.
Hunt e sua equipe conseguem impedir o ataque ao se infiltrar na organização de Davian. Eles conseguem roubar os códigos nucleares e impedir que Davian os use.
No final do filme, Hunt e sua equipe são inocentados do ataque ao Kremlin. A IMF é reativada, e Hunt continua seu trabalho como agente secreto.