Il dottor Vladimir Nekhorvich muore in un incidente aereo. Prima di partire, il medico aveva inviato un messaggio all'amico Ethan Hunt (Tom Cruise), agente segreto dell'Imf, in cui parlava di qualcosa chiamato «Chimera» e «Bellerofonte». Hunt scopre che «Chimera» è un virus letale, mentre «Bellerofonte» è l'antidoto. Ben presto, l'agente si rende conto che in questa indagine è invischiato anche un suo collega, Sean Ambrose.