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。

一位老人的儿子为他提供了一个机器人,老人和机器人之间由此产生了很多故事.

格雷西的母亲是一名出色的联邦特工，在一次任务中不幸殉职。格雷西（桑德拉•布洛克 Sandra Bullock 饰）长大后继承了母亲的事业，也成为了一名联邦特工。格雷西从小就脾气刚烈、不修边幅，作为“假小子”的她并不受欢迎，只有她的拍档兼好友艾瑞克（本杰明•布拉特 Benjamin Bratt 饰）理解她。 FBI获悉有一伙恐怖分子准备在美国小姐选美时制造恐怖袭击，为挫败这次阴谋，FBI决定派卧底参加选美。任务自然落到了格雷西身上。经过造型师的巧手，格雷西令所有人都眼前一亮，她的“假小子”性格自然也令到这次任务笑料百出。 直到美国小姐庆典举行当晚，一切似乎都没有异常。然而，当格雷西和一众佳丽站到台上时，意外发生了！