查理·海勒（拉米·马雷克 Rami Malek 饰）是美国中央情报局一名才华横溢但性格极其内向的密码破译员，在兰利总部的一间地下办公室工作。当他的妻子萨拉（瑞秋·布罗斯纳安 Rachel Brosnahan 饰）在伦敦的一次恐怖袭击中丧生后，他的生活被彻底颠覆。由于上级拒绝采取行动，他决定依靠自己，孤身踏上了一场危险的环球追凶之旅，用智慧作为终极武器，躲避追捕并最终实现复仇。

　　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（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）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（文·瑞姆斯 Ving Rhames 饰）、班吉·邓（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）恩和伊尔莎·浮士德（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰），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（海莉·阿特维尔 Hayley Atwell 饰）无意卷入其中，使这场危险游戏变得愈加扑朔迷离……

　　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……

　　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……

　　伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。

　　文森特•汉纳（阿尔•帕西诺 饰）是洛杉矶警局重案组的探长，工作积极投入，打击犯罪毫不手软，因此，家庭生活危机重重，目前的第三次婚姻也面临解体；尼尔•麦考利（罗伯特•德尼罗 饰）是职业匪徒，混迹江湖多年，做事干净利落，而且心狠手辣，不留后患，组织手下成功抢劫运钞车的案子，使他受到了警方的“特别关注”。
　　一个偶然的机会，尼尔认识了平面设计师伊迪，两人一见钟情，再看到手下都有安定的家庭生活，尼尔也想把握自己的幸福，遂萌生退意。然而，在最后一次抢劫银行的行动中，因为叛徒的出卖，手下一死一伤，本已逃出的尼尔，带着伊迪在去机场的路上，得知了叛徒的消息，他决定替手下报仇，同时也和文森特•汉纳进行最后的较量……

　　一次偶然中，西德尼（菲利浦·贝克·霍尔 Philip Baker Hall 饰）遇见了名为约翰（约翰·C·赖利 John C. Reilly 饰）的男子，他将穷困潦倒的约翰带到了赌场之中，教会了他赌术，希望约翰能够借此时来运转。在赌场，西德尼遇见了违反了赌场规定和客人进行肉体交易的女招待克莱门汀（格温妮丝·帕特洛 Gwyneth Paltrow 饰），哪知道克莱门汀和约翰一见面就坠入了情网，马上决定携手步入婚姻的殿堂。
　　西德尼的朋友吉米（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）找到了西德尼，他的手中握着一个属于西德尼的秘密。如今，吉米以这个秘密为筹码想要要挟和勒索西德尼，不料却惹上了杀身之祸。

　　伊森（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）曾是任职于特殊部门的秘密特工，自从一位名叫茱莉亚（米歇尔·莫娜汉 Michelle Monaghan 饰）的美丽女子出现在他的生命里后，伊森决定金盆洗手，卸甲归田。遗憾的是，好景不长，幸福的生活还没过多久，伊森便接到了徒弟林德赛（凯丽·拉塞尔 Keri Russell 饰）被死对头戴维恩（菲利普·塞默·霍夫曼 Philip Seymour Hoffman 饰）掳走的消息。戴维恩冷酷又凶残，林德赛落入他的手中可谓是凶多吉少。
　　为了解救林德赛，伊森重操旧业，他组织了一支精干的特工小组，向着目标人物发起了进攻。让伊森没有想到的是，戴维恩的真正目标并不是林德赛，而是茱莉亚，当爱妻落入敌手之时，伊森会做出怎样的反击？