祕密特工伊森（湯姆·克魯斯 Tom Cruise 飾）隱藏了真實身份，準備和女友安心生活。這時，他突然接到了上級的電話。超市接頭時，同僚向他傳達了新的任務命令。任務中，他和黑人老搭檔以及兩位女將琳賽（凱莉·羅素 飾）和珍（Maggie Q 飾）並肩作戰，在攻入某大廈尋找一個名叫「兔子腿」的證物時，不幸中了埋伏，結果琳賽當場陣亡。因為被控失職，伊森身心背負了巨大的痛苦，在跟上司鬧翻之後，他執著地追查著這起事故的起因，卻在死者遺留的祕密視訊中發現了一個驚天大祕密。為了給死者報仇，讓罪魁禍首伏法，伊森踏上了去往上海尋找關鍵證據的凶險旅途，結果卻落入了犯罪團夥首領歐文（菲利浦·西摩·霍夫曼 飾）的圈套，甚至女友也成了人質……