Acusado de un atentado terrorista con bombas contra el Kremlin, el agente del IMF (Impossible Missions Force), "Ethan Hunt" es desautorizado junto con el resto de la organización al iniciar el "Protocolo fantasma".
Abandonado a su suerte y sin recursos, "Ethan" tiene que encontrar el modo de rehabilitar el buen nombre de su agencia e impedir un nuevo ataque. Para complicar aún más las cosas, se ve obligado a embarcarse en esta misión con un equipo de compañeros del IMF fugitivos, cuyos motivos personales no conoce del todo.
Todo comienza cuando a los agentes Jane Carter, Trevor Hanaway y el brillante mago de la tecnología Benji Dunn deben encontrar un correo que transporta unos códigos para lanzar misiles nucleares.
Su misión será fallida y los códigos caen en manos de una asesina, "Sabine Moreau" (Léa Seydoux). Mientras tanto, el jefe del equipo, "Ethan Hunt" (Tom Cruise), tiene que ser liberado de una prisión moscovita.
Al grupo le encargan la misión de irrumpir en el Kremlin para conseguir información acerca de la persona que recibió los códigos, un hombre cuyo nombre en clave es "Cobalto".
Luego, "Cobalto" los descubre y, antes de que escapen, una tremenda explosión sacude la Plaza Roja.
