Ethan Hunt et l'équipe du FMI unissent leurs forces à celles de l'assassin de la CIA August Walker pour empêcher une catastrophe aux proportions épiques. Le marchand d'armes John Lark et un groupe de terroristes connus sous le nom d'Apôtres prévoient d'utiliser trois noyaux de plutonium pour une attaque nucléaire simultanée contre le Vatican, Jérusalem et La Mecque, en Arabie saoudite. Lorsque les armes disparaissent, Ethan et son équipage se retrouvent dans une course désespérée contre la montre pour les empêcher de tomber entre de mauvaises mains.