Агент под прикрытием Итан Хант, находясь в русской тюрьме, узнает о планах безумного профессора-террориста, пропагандирующего очередную безумную и жестокую идею о пользе атомной войны. Профессор, которого зовут "Кобальт", собирается похитить своё досье из секретных архивов в московском Кремле и Итану поручают предотвратить преступление.
Но в результате операцию ожидает провал и профессор похищает не только документы, но и "ядерный чемоданчик", обещая устроить третью мировую.
Профессор взрывает Спасскую башню Кремля, но во взрыве обвиняют самого Итана и его команду. Российские спецслужбы начинают охоту на спецагентов, ЦРУ отказывается от Итана, а профессор Кобальт с чемоданчиком исчезает в неизвестном направлении, завладев кодами запуска баллистических ракет, находящихся на русской подводной лодке. Итан собирает новую команду, чтобы предотвратить ядерную катастрофу и найти безумного профессора.
Бывшие агенты успевают перехватить спутник с которого Кобальт отправляет сигналы субмарине, но одна из ракет с ядерной боеголовкой взлетает, направляясь в сторону Сан-Франциско.
А в это время президент решает запустить протокол "Фантом" для ликвидации команды Итана...