繁华大都会美国纽约，邪恶领袖施莱德率领的大脚帮在城市内为非作歹，甚嚣尘上。安保公司老板埃里克·萨克斯（威廉·菲德内尔 William Fichtner 饰）推出最新安保系统，发誓维护城市的和平。第6频道女记者爱普尔·奥尼尔（梅根·福克斯 Megan Fox 饰）偶然拍到大脚帮被四名神秘侠客挫败的画面，在第二次遭遇非常事件时，她惊讶地发现四名侠客竟然是变异后的巴西龟：拉斐尔、列奥纳多、米可朗基罗、多纳泰罗。忍者神龟的名字勾起了爱普尔儿时的记忆，当年她的父亲与萨克斯正是研究生物变异实验的伙伴。她将这个消息告诉给萨克斯，可是在和忍者神龟及其老师斯普林特会面后，才发觉萨克斯与施莱德是这座城市内的罪恶之源…… 本片根据同名经典漫画改编。

故事讲述一名流行巨星凯特·瓦尔迪兹（詹妮弗·洛佩兹 饰）在麦迪逊广场花园与摇滚明星未婚夫结婚时，发现未婚夫与她的助手有染。于是她在台上随意挑选一名数学老师查理·吉尔伯特（欧文·威尔逊 饰）与他结婚。两人在结婚后，是不是能快乐相处，还是婚姻很快就会草草收场，就要看这两人之间的缘分是不是紧密了。

影片改编自六七十年代的同名电视连续剧。中情局向以吉姆为首的特工小组发来指令，一名特工人员已经叛国，将在布拉格的领事馆窃取中情局在东欧潜伏的特工名单，一旦落入坏人手中，后果将不堪设想。他们奉命获取该特工窃取情报的证据，并将其与买家逮捕。很快，在吉姆的策划下，一线主力伊森亨特和其他几名成员全部到位，不过当计划进行到一半时，情况突然急转直下，包括吉姆在内的小组成员相继殒命，情报失踪，只有伊森一人生还。精神几乎崩溃的伊森与上司见面，却因幸免遇难和帐户上突然多出的12万美元被指认为叛徒，原来失窃的是假情报，行动的真正目的是为了查出内奸。突出重围的伊森决定查出叛徒，而此时，同样侥幸生还的吉姆的妻子克莱尔与伊森重逢。 同买家麦克斯取得联系后，伊森承诺自己能够弄到特工名单，条件除了1000万美元外，还要其交出内奸。伊森找到中情局的两名停职特工，一行四人潜入兰利总部，成功窃取情报。赶到伦敦的伊森突然邂逅吉姆，在吉姆的谎言下，伊森逐渐理清脉络，吉姆和克莱尔应该是幕后真凶。不久，伊森、麦克斯、吉姆和中情局齐聚交易情报的火车，展开殊死搏斗。一番惊心动魄的交锋过后，伊森终于铲除内奸，重新回到特工行列。

超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目Sean Ambrose（ Dougray Scott 饰）盗走，Ethan Hunt（Tom Cruise 饰）率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。 这次，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah Nordoff-Hall（Thandie Newton 饰）搭档，后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。 但是，为了完成任务，Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身边卧底。 Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，Sean Ambrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待Ethan Hunt自投罗网。 激烈的搏斗中，Nyah为了帮助Ethan Hunt完成任务，将病毒注入了自己体内，只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内，才能挽救她的性命，Ethan Hunt又将面临不可能的任务。

资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰）的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉•布莱德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。 接下来的一连串事件中，辛迪加的真面目逐渐揭开，而他们也终于显露出真实的目的……