O agente secreto Ethan Hunt volta a reunir-se com sua equipa de agentes. A sua missão é recuperar e destruir um vírus mortal desenvolvido por australianos, antes que este caia nas mãos erradas.
O agente especial Ethan Hunt tem uma nova missão: evitar que um ex-agente e agora terrorista sem piedade tenha em sua posse um vírus mortal que poderia causar milhões de vítimas. A seu lado tem a ajuda do génio informático Luther Stickell, o experiente condutor Billy Baird e a presença da sensual ladra Nhye, com quem teve no passado uma relação sentimental.
Com a IMF desmantelada e Ethan Hunt excluído, a equipa enfrenta uma rede de agentes especiais extremamente qualificados: o Sindicato. Estes operacionais altamente treinados estão determinados em criar uma nova ordem mundial através de uma série de ataques terroristas. Ethan reúne a sua equipa e junta forças com Faust, uma agente britânica excluída, que pode ou não ser membro desta nação secreta, com o grupo a fazer face à missão mais impossível de sempre.
Acusado do atentado terrorista ao Kremlin, o operacional do FMI Ethan Hunt é renegado bem como o resto da agência, quando o Presidente inicia a “Operação Fantasma". Sem recursos ou apoios, Ethan terá de encontrar uma forma de limpar o nome da agência e prevenir outro ataque. Para piorar a situação, Ethan é obrigado a embarcar nesta missão com uma equipa de colegas fugitivos do FMI, cujos motivos pessoais ele não conhece.
Durante uma missão arriscada em Praga, um grupo de agentes de uma organização chamada IMF (Impossible Mission Force) cai numa emboscada. Apenas Ethan Hunt e uma outra agente sobrevivem, mas Ethan Hunt tem de enfrentar a acusação de ser informador e de ter sido o responsável pelo falhanço da missão. Para ganhar tempo e poder provar a sua inocência, Ethan foge, acabando por desmascarar um outro elemento da mesma agência.
Após escapar a um violento acidente de comboio, Ethan apercebe-se de que a Entidade foi escondida a bordo de um antigo submarino russo e que Gabriel, um rival do seu passado, também está a seguir a mesma pista.
Ethan Hunt e a sua equipa IMF embarcam na missão mais perigosa de sempre: localizar uma nova e terrível arma que ameaça toda a humanidade, evitando que caia nas mãos erradas. O destino do mundo está em jogo. Com o controlo do futuro em risco e forças obscuras do passado de Ethan a aproximarem-se, começa uma corrida mortal à volta do globo. Confrontado por um inimigo misterioso e todo-poderoso, Ethan é forçado a considerar que nada pode ser mais importante do que a sua missão - nem mesmo as vidas daqueles com quem ele mais se preocupa.
Ethan Hunt e a sua equipa IMF encontram-se com alguns conhecidos aliados numa corrida contra o tempo, depois de uma missão mal sucedida.
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