此前，一直有关于拍摄《碟中谍4》的传闻，汤姆·克鲁斯曾经在日本一档电视节目里提到“马上要着手这个故事”并且“考虑如何在东京闹市区设置一场大型动作戏”。另外，还有消息称《碟中谍》系列第四部将是一部全新启动的计划。

一开场：一位IMF特工抢夺敌方文件成功，正准备返回时被一位女杀手拦截而殉职，文件失踪。

　　主角Ethan Hunt（汤姆克鲁斯饰），正在俄罗斯监狱里无聊的扔石头玩。IMF伙伴前来劫狱，凭借着高科技黑客和同伴间的默契，Ethan脱狱成功，顺便还救出了同在监狱里的一位俄罗斯线人狱友。

　　Ethan被赋予一项任务：一位俄国将军正在销毁他自己的档案。而这项任务就是需要他潜入克林姆林宫的档案室，找到任何一切关于一位将军的资料。虽然地点夸张了点，但是比起之前又是生化细菌又是神秘物质的，起码这次要偷的东西安全点。Ethan和他的战友们轻车熟路的乔装打扮进了档案室，突然发现档案室里关于那位将军的一切资料都不见了。这时候有人袭击了一位IMF的成员，并且用IMF的频率向俄军和Ethan双向发了一条讯息“队长，我已经准备好了，听你的口令爆破”。俄军蜂拥而至，Ethan下令撤退。撤退途中，Ethan看到了一位似曾相识的疑犯，来不及细想，克林姆林宫档案室发生大爆炸，Ethan也被爆炸炸晕。

　　醒来时Ethan因为自己身上之前所穿的伪装军服被拷在了医院的病床上。略施手段，Ethan在暴跳如雷的俄国特工的眼皮底下逃出了医院。紧急联系上IMF后，Ethan惊讶的见到了国防部长。部长告诉他，俄国人认为是美国人炸毁了克林姆林宫，IMF队伍已经被总统授予启动“幽灵协议”即除了之前所有的资源外，不再提供任何资源（枪支武器装备弹药，车辆，资金，秘密据点等），并且任何人被抓包括美国在内会把他们当作国际恐怖分子处理。部长还告诉他，之前被女杀手所抢夺的公文包里的文件，是俄国的核弹发射密码。为了世界，必须抢回来。部长正说着，突然遭遇枪击！！俄国特勤不知道从哪儿冒了出来拼命扫射。部长和司机死亡。Ethan和Brandt（杰瑞米·雷纳）好不容易逃生。

　　回到恐怕是最后一个仅存的火车上的安全屋，Ethan查阅了部长死前赋予他的任务：女杀手喜爱钻石，她要用手上的俄国核弹发射密码和那位“消失了的将军”换钻石，地点就在杜拜。Ethan一行马不停蹄的住进了迪拜塔。任务听起来也不难：双方分别假扮女杀手和将军，去和真的女杀手和将军会面后交易再伺机抓捕。正在准备时，IMF专门负责电脑的同事提出了一个尴尬的问题，因为没有了总部的电脑协助，他无法在这么短时间内控制电脑和安全摄像头。Ethan只好能者多劳的攀爬一次迪拜塔。“从我们所居住的134层往上爬26层，再横爬8个单位，就是服务器房了。”途中，Ethan差一点儿因为装备失灵而摔死。

　　搞定了电脑，继续行动。交易开始很顺利，但是女杀手在最后的关键发现了破绽，双方打了起来。女杀手被打落迪拜塔，Ethan也因为沙尘暴的来袭而最后没有捕捉到将军。

　　回到集合地点，队员们互相责怪，Ethan很着急，因为那个疯子将军打算发射核弹来场核子战争。同时，Ethan又对Brandt作为一个文职数据分析师却有着这么好的身手而感到奇怪。Brandt在Ethan出门的时候向其他人说了他的秘密：他以前是保护证人组的，最后一次任务是带队保护一对夫妻。有一天丈夫出门，他跟了出去。在家的妻子却被人杀害。他很内疚，从此改行文职，也再也没有见过那位丈夫，直到前两天部长被杀时，他和那位丈夫侥幸生还。。。。

　　Ethan通过开场救出的俄罗斯狱友去找地下军火商要将军行踪的情报：

　　“你知道外面要打仗了么？”（You know there is a war going on ?)

　　“那样我的生意就会更好了。”(That will make my business better.)

　　“是核子战争。”(Nuclear war.)

　　......!

　　你也知道那个疯子，我想他甚至应该试着向你买核武器来用吧？“（You know him, I bet he even try to buy it from you.

　　。。。。。。我不能告诉你那个疯子是用着XXX公司的卫星在印度连线的。”

　　Ethan一行人来到印度。在酒会上，由女特工去找卫星公司的主人套出卫星的密码，试着让卫星报废。过程中突然发现那个疯子将军居然已经开始用卫星连线准备发射核弹了。Ethan试图去阻止，中途被红灯和过马路的人流所阻，核弹升空！！Ethan改计划为夺取核弹控制器和连线电脑，一场恶斗下来，核攻击在最后一刻被解除。

　　一行人大获全胜，Brandt向Ethan坦诚往事。但Ethan告诉Brandt，他没有失职，以及一个秘密：他妻子的死是假象，他为了保护她而离开她。并且杀了6个俄罗斯人（也是目标）作为报复来掩饰。为此，他之前被关进了俄罗斯监狱。Ethan和他的妻子远远的俩俩相忘。

　　又有新任务下来，听着IPOD里的任务，Ethan消失在了烟雾里。

　　影片结束。