L'agent Ethan Hunt doit récupérer et détruire un virus mortel, baptisé « la Chimère », qui a été dérobé par son ancien collègue Sean Ambrose. Ce dernier détient l'antidote et se terre dans un laboratoire de Sydney. Pour infiltrer son quartier général hautement sécurisé, Hunt et son assistant Luther Stickell tentent d'approcher Nyah Hall, l'ancienne petite amie de Sean.