Geheim agent Ethan Hunt en zijn teamleden worden opgeroepen door de president om terecht te staan voor een fatale explosie die is ontstaan in het Kremlin gebouw in Moskou, waar zij bezig waren met een topgeheime missie. Hunt is vastberaden om zijn onschuld te bewijzen en die van zijn team, echter moet hij op de vlucht gaan voor de Amerikaanse en Russische autoriteiten om dat te kunnen doen. Terwijl hij opgejaagd wordt door een ambitieuze agent (Renner) die Hunt zelf heeft opgeleid, moet hij niet alleen zijn onschuld zien te bewijzen, maar ook een nucleaire oorlog zien te voorkomen tussen de twee landen.