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。

阿玛迪斯（尼克·诺特 饰）是一名老年痴呆症患者，他的记忆正在逐渐消逝，他的儿子（马特·狄龙 饰）与妻子正处于婚姻中的不幸之中，反而疏忽了对女儿的照顾。阿玛迪斯决定与自己的外孙女去威尼斯完成生命中最后的旅行，然而他的病情也在恶化之中。

安玛尔梦想成为一名伟大的足球运动员，在美国学习建筑期间，他终于得到了加入球队的机会。但为了发挥自己的潜力，安玛尔必须首先说服一直威胁要把他送回家的父亲，还要与他的队友们和谐相处——他们认为安玛尔比前锋更恐怖。另外他还要与女同学安娜密切合作，而安娜对他来说，实在是有点太性感了。

洛杉矶的年轻人都热衷于街头赛车，在这里，只要你拥有速度，你就拥有一切。新晋警官布赖恩（保罗•沃克 Paul Walker 饰）为了破获最近屡屡发生的飞车党劫车案而充当卧底，打入这里活跃的飞车党帮派中，搜集证据以期将罪犯乘之于法。布赖恩凭借高超的车技很快赢得了飞车党老大多米尼克（范•迪塞尔 Vin Diesel 饰）的欣赏和信任，并且很快和多米尼克的妹妹米亚（乔丹娜•布鲁斯特 Jordana Brewster 饰）堕入爱河。然而飞车党的第二把手文斯却是对布赖恩充满敌意，原来文斯一直暗恋米亚，而且布赖恩的到来威胁着他二把手的地位。 这时，飞车党的党员们开始怀疑他们内部藏有奸细，布赖恩的日子开始不好过。而且和多米尼克接触越久，他们之间的友谊就越加深厚，布赖恩开始进退两难。

迈阿密狡猾的商人卡特（科尔•豪瑟 Cole Hauser 饰）利用自己的贸易公司左幌子，暗中进行着国际洗钱活动。虽然FBI对他监视已久，但是卡特平日十分小心谨慎，几乎与世隔绝，所以一直没找到他的犯罪证据。FBI获悉了卡特十分喜欢地下赛车，是当地飞车党的头目。为了获得他的犯罪证据，只好找上一集中成功破获洛山矶飞车党劫车案的布赖恩（保罗•沃克 Paul Walker 饰）重新出山。 布赖恩凭借出色的车技、和飞车党一起进行犯罪活动很快就赢得了卡特的信任，并和他成了好朋友。同时，另一名同为飞车党卧底的女警梦妮卡（伊娃•门德斯 Eva Mendes 饰）闯进了布赖恩的生活，布赖恩不知不觉中爱上了梦妮卡。梦妮卡已经获得了不少卡特的犯罪证据，但是她和卡特之间的暧昧关系却说不清道不明。