Membre d'une agence parallèle de contre-espionnage, Ethan Hunt consacre ses vacances à faire de l'escalade dans le Grand Canyon quand il reçoit l'ordre de se rendre à Séville pour recruter une voleuse de charme, Nyah Nordorf-Hall, avec laquelle il doit mener une mission délicate : récupérer l'antidote d'un puissant virus, dérobé en plein ciel au docteur Nekhorvich par le dénommé Sean Ambrose, un traître de l'Agence, qui n'a pas hésité à précipiter l'appareil sur les montagnes Rocheuses. Après des préliminaires agités, Ethan finit par convaincre la téméraire Nyah, dont il tombe amoureux, de collaborer. Mais il apprend bientôt que l'Agence compte utiliser celle-ci pour débusquer Ambrose, dont elle est l'ex-petite amie...