大洋深處，一艘俄羅斯潛水艇正在執行常規任務，但是突發意外導致潛艇爆炸，全體機組人員無一倖免。而這個謎一樣的事故，還隱藏着一個足以顛覆世界的大秘密。此後不久，特工伊森·亨特（湯姆·克魯斯 Tom Cruise 飾）接到任務，要去尋找兩把造型獨特的鑰匙。鑰匙組合在一起後能夠控制不斷進化並擁有獨立思考能力的人工智能，從而可幫助政治家實現稱霸世界的野心。不願被政治家利用的伊森找到好搭檔盧瑟·斯蒂克爾（海莉·阿特維爾 Hayley Atwell 飾）、班吉·鄧（西蒙·佩吉 Simon Pegg 飾）恩和伊爾莎·浮士德（海莉·阿特維爾 Hayley Atwell 飾），開始試圖找到並摧毀鑰匙，這也意味着他們將與全世界為敵。
而在行動過程中，性感女賊格蕾絲（海莉·阿特維爾 Hayley Atwell 飾）無疑捲入其中，使這場危險遊戲變得愈加撲朔迷離……