러시아의 생물공학자인 네코비치 박사는 어느 날 IMF(Impossible Mission Force)의 요원인 이단 헌트에게 구원을 요청한다. 그는 그리스 신화를 인용한 '키메라'라는 바이러스를 만들어 냈고, 또한 이를 억제할 벨레로폰도 만들어 냈음을 밝힌다. 그러나 시드니에서 질병센터가 소재한 아틀란타로 가는 비행기에 탑승한 것은 헌트로 변장한 테러리스트 앰브로즈였다. 앰브로즈는 박사에게서 벨레로폰을 탈취한 후 비행기 추락사고를 가장하여 그를 살해한다. 그러나 앰브로즈는 정작 필요한 악성 바이러스인 키메라가 없었으므로 그의 작전은 반쪽 성공일 뿐이었다. 이 사건으로 IMF측에서는 앰브로즈가 가진 것이 무엇인지 알아내려고 헌트를 불렀고 그는 키메라라는 것이 인플루엔자, 즉 유행성감기를 없애기 위한 완벽한 치료제인 벨레로폰을 유전학적으로 조합하다가 부수적으로 만들어진 끔찍한 악성 바이러스라는 사실을 알아낸다. 헌트는 과거 앰브로즈의 애인이었던 니아 홀을 포섭해 대원으로 만든다. 그러나 그녀와 사랑에 빠진 헌트는 그녀의 안전을 위해 노력하며, 앰브로스의 음모를 캐내려 한다. 모든 음모를 알아낸 헌트는 바이오싸이트 제약회사에 보관되어 있는 마지막 남은 키메라바이러스를 파괴하기 위해 제약회사 건물에 침투한다. 그러나 헌트와 애인인 니아의 관계를 알아 챈 앰브로즈는 헌트의 침투작전을 역이용하여 키메라를 손에 넣고 만다. 한편 헌트와 앰브로즈와의 결투과정에서 헌트를 살리기 위해 스스로 키메라 바이러스를 몸에 주입한 니아는 자신이 죽으면 바이러스가 파괴된 것으로 믿고 스스로 자살할 결심을 하는데...

그에게 불가능은 없다!
동유럽 첩보원들의 비밀명단을 훔쳐 무기상에게 팔아 넘기려는 음모를 막기 위해 짐 펠리스가 이끄는 최고의 팀 `미션 임파서블` 투입된다.
대사관 파티에 잠입하여 작전을 수행하던 중, 팀의 리더였던 이단 헌트만이 구사일생으로 혼자 살아남는다. 본부에 연락을 한 헌트는 이번 작전이 본부내에 침투한 이중간첩의 체포작전이라는 것과 자신이 범인으로 지목된것을 알고는 재빨리 피신한다.
헌트는자신을 함정에 빠뜨리고, 동료들을 살해한 범인을 찾기 위해 나선다.이때, 살아남은 클레어가 나타나 헌트와 합류하게 된다. 헌트는 동료들을 죽인 범인이 인터넷에서 `옵`이라는 이름을 사용하여 무기 밀매상인 맥스와 접선했던 것을 알고는 맥스를 만난다.
그를 통해 옵이 NOC 리스트를 거액의 돈과 바꾸려 했다는 것과 본부 건물에 진짜 리스트가 들어있는디스크를 빼내어 1천만 달러와 바꾸겠다는 약속을 받는다. 이어 크리거와 컴퓨터 천재 루터와 팀을 이룬 헌트는 마침내 NOC리스트를 빼내는데 성공한다.
키트리지는 헌트의 부모를 마약 밀매 협의로 체포하여 협박하려하고, 그 앞에 놀랍게도 살아있는 짐이 나타난다. 그는 키트리지가 범인이라며 헌트를 설득하지만, 그를 의심하게 된 헌트는 자신과 함께 행동을 해온 짐의 아내인 클레어가 짐과 한통속이었다는 것을 알아내게 되는데...