影片改编自六七十年代的同名电视连续剧。中情局向以吉姆为首的特工小组发来指令，一名特工人员已经叛国，将在布拉格的领事馆窃取中情局在东欧潜伏的特工名单，一旦落入坏人手中，后果将不堪设想。他们奉命获取该特工窃取情报的证据，并将其与买家逮捕。很快，在吉姆的策划下，一线主力伊森亨特和其他几名成员全部到位，不过当计划进行到一半时，情况突然急转直下，包括吉姆在内的小组成员相继殒命，情报失踪，只有伊森一人生还。精神几乎崩溃的伊森与上司见面，却因幸免遇难和帐户上突然多出的12万美元被指认为叛徒，原来失窃的是假情报，行动的真正目的是为了查出内奸。突出重围的伊森决定查出叛徒，而此时，同样侥幸生还的吉姆的妻子克莱尔与伊森重逢。 同买家麦克斯取得联系后，伊森承诺自己能够弄到特工名单，条件除了1000万美元外，还要其交出内奸。伊森找到中情局的两名停职特工，一行四人潜入兰利总部，成功窃取情报。赶到伦敦的伊森突然邂逅吉姆，在吉姆的谎言下，伊森逐渐理清脉络，吉姆和克莱尔应该是幕后真凶。不久，伊森、麦克斯、吉姆和中情局齐聚交易情报的火车，展开殊死搏斗。一番惊心动魄的交锋过后，伊森终于铲除内奸，重新回到特工行列。

超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目Sean Ambrose（ Dougray Scott 饰）盗走，Ethan Hunt（Tom Cruise 饰）率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。 这次，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah Nordoff-Hall（Thandie Newton 饰）搭档，后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。 但是，为了完成任务，Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身边卧底。 Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，Sean Ambrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待Ethan Hunt自投罗网。 激烈的搏斗中，Nyah为了帮助Ethan Hunt完成任务，将病毒注入了自己体内，只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内，才能挽救她的性命，Ethan Hunt又将面临不可能的任务。

特工汉纳威（乔什·哈洛威 Josh Holloway 饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）和特工简（宝拉·巴顿 Paula Patton 饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）。他们接受的幽灵协议任务便是从克林姆林宫盗取核军事密码。然而，当他们接近目标时，却发现被恐怖分子亨德里克斯（迈克尔·恩奎斯特 Michael Nyqvist 饰）捷足先登，抢走了核军事密码。在爆炸中，亨特受困医院，遭俄特工的追捕，幸好他身手矫捷，才化险为夷。不过，亨特的上司也在混乱中丧生，只剩下其助手布兰德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）与亨特死里逃生，加上班吉和简，逼上绝境的四人开始了最后一搏，从迪拜到印度，他们出生入死，与恐怖分子斗智斗勇……

中情局特别行动小组中了埋伏，事后伊顿了解到这是个圈套，目的是为了查出叛徒，然而他却成了最大的嫌疑。于是他决心查出真相。

有时好意会造成恶果，人反而被自己所造成的结果所困扰。伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯）和他的IMF团队（亚历克·鲍德温、西蒙·佩吉、文·瑞姆斯）将在最新的电影《碟中谍6：全面瓦解》中再度回归，他们会与观众们熟悉的盟友（丽贝卡·弗格森、米歇尔·莫娜汉）一起与时间赛跑，应对一次任务中出现的意外。亨利·卡维尔、安吉拉·贝塞特和凡妮莎·柯比也将加入本片的演员阵容，电影制片人克里斯托夫·迈考利将会再度担任导演。

资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰）的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉•布莱德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。 接下来的一连串事件中，辛迪加的真面目逐渐揭开，而他们也终于显露出真实的目的……

特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 饰）和他的IMF小组将开启迄今为止最危险的一次任务：追踪一种会危及全人类性命的新型武器，并阻止其落入坏人之手。与此同时，伊森曾对抗过的黑暗势力也正在卷土重来，整个世界的命运岌岌可危。面对神秘而强大的敌人，他不得不面对选择使命还是至爱的终极抉择。

大洋深处，一艘俄罗斯潜水艇正在执行常规任务，但是突发意外导致潜艇爆炸，全体机组人员无一幸免。而这个谜一样的事故，还隐藏着一个足以颠覆世界的大秘密。此后不久，特工伊森·亨特接到任务，要去寻找两把造型独特的钥匙。钥匙组合在一起后能够控制不断进化并拥有独立思考能力的人工智能，从而可帮助政治家实现称霸世界的野心。不愿被政治家利用的伊森找到好搭档卢瑟·斯蒂克尔、班吉·邓恩和伊尔莎·浮士德，开始试图找到并摧毁钥匙，这也意味着他们将与全世界为敌。而在行动过程中，性感女贼格蕾丝无意卷入其中，使这场危险游戏变得愈加扑朔迷离……

超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目Sean Ambrose盗走，Ethan Hunt率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。这次，Ethan Hunt找到了女飞贼Nyah NordoffHall搭档，后者是Sean Ambrose的前女友。Ethan Hunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，Ethan Hunt不得不安排Nyah回到Sean Ambrose身边卧底。Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的Ethan Hunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，Sean Ambrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待Ethan Hunt自投罗网。激烈的搏斗中，Nyah为了帮助Ethan Hunt完成任务，将病毒注入了自己体内，只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内，才能挽救她的性命，Ethan Hunt又将面临不可能的任务。

中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织。在特工头目吉姆的策划下，伊森所住的一组特工赶往了他们交易的地点。岂料，当他们按计划赶到时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。

彼得（蒂姆·罗斯 饰）与哈莉（乌玛·瑟曼 饰）是一对不务正业的夫妻，哈莉帮黑帮老大伊丽娜做了一笔买卖，但是两个人把应该交给伊丽娜（李美琪 饰）的钱给用光了。为了躲避伊丽娜的追杀，两人从伦敦逃到了美国洛杉矶，并计划去盗窃珠宝来还债，结果事与愿违。

丁小羽（姚笛饰）和男朋友田辉（雷佳音饰）恋爱多年，自以为关系牢不可破，但却在路上撞见了田辉的车里坐着女网友。出轨未遂打破了这对儿小情侣之间的信任，丁小羽协同闺蜜朴尔敏（王一楠饰），制定“对敌作战三百条”，对田辉严防死守，堵住他一切出轨的可能性。田辉偏偏是时尚潮男，夜场动物，为了争取出去玩，不惜拉出同事童国庆来打掩护。于是一场场侦察与反侦察，出轨与反出轨的现代版谍战戏码正式拉开了帷幕。在配合各自好友作战的过程中，朴尔敏和童国庆的接触也越来越多。在田辉的口中，童国庆是离异带着孩子单过的中年饥渴大叔，但在朴尔敏的调查中，童国庆是百里挑一的好爸爸。朴尔敏开始了她的倒追行动，这得到了童国庆女儿童话的大力支持。但在一起后，童话和朴尔敏的矛盾又开始凸显，叛逆期的小丫头遇上文艺大龄女青年。虽闹出不少笑话但最终也修得正果。

丁小羽（姚笛饰）和男朋友田辉（雷佳音饰）恋爱多年，自以为关系牢不可破，但却在路上撞见了田辉的车里坐着女网友。出轨未遂打破了这对儿小情侣之间的信任，丁小羽协同闺蜜朴尔敏（王一楠饰），制定“对敌作战三百条”，对田辉严防死守，堵住他一切出轨的可能性。田辉偏偏是时尚潮男，夜场动物，为了争取出去玩，不惜拉出同事童国庆来打掩护。于是一场场侦察与反侦察，出轨与反出轨的现代版谍战戏码正式拉开了帷幕。在配合各自好友作战的过程中，朴尔敏和童国庆的接触也越来越多。在田辉的口中，童国庆是离异带着孩子单过的中年饥渴大叔，但在朴尔敏的调查中，童国庆是百里挑一的好爸爸。朴尔敏开始了她的倒追行动，这得到了童国庆女儿童话的大力支持。但在一起后，童话和朴尔敏的矛盾又开始凸显，叛逆期的小丫头遇上文艺大龄女青年。虽闹出不少笑话但最终也修得正果。