PSVD02.01

Il dottor Vladimir Nekhorvich (Rade Serbedzija), un biologo molecolare russo che lavora in Australia  per una grande azienda farmaceutica, la Biocyte Farmaceuticals, muore, in quello che sembra essere apparentemente, un incidente aereo mentre è in viaggio per gli Stati Uniti. Nel messaggio inviato, poco prima di partire all'amico Ethan Hunt (Tom Cruise), un agente segreto americano di IMF (Impossible Mission Force), parla in modo poco chiaro di qualcosa chiamato "Chimera" e "Bellerofonte", dicendo di avere solamente venti ore di tempo per raggiungere gli Stati Uniti.
Hunt ha il compito di scoprire perché Nekhorvich è stato ucciso e che cosa si nasconda dietro ai nomi di "Chimera" e "Bellerofonte". Scoprirà che "Chimera" è un virus letale mentre "Bellerofonte" ne è l'antidoto. "Bellerofonte" è stato rubato da un suo collega Sean Ambrose (Dougray Scott), che travestitosi da Hunt ha fatto precipitare l'aereo sul quale viaggiava il biochimico. Lo scopo di Ambrose è diventare il maggiore azionista della Biocyte, far scoppiare una grande epedemia di "Chimera" ed arricchirsi in seguito alla vendita dell'antivirus di cui solo lui dispone.
Hunt deve impossessarsi di "Chimera", e per farlo, deve ingaggiare una ladra professionista, di cui si innamorerà, di nome Nyah Nordoff-Hall (Thandie Newton). La ragazza, che in passato è stata compagna di Ambrose, sarà mandata come spia nel covo di quest'ultimo. Hunt, insieme ad altri due compagni, il pilota di elicottero Billy Baird (John Polson) e l'esperto di sistemi informatici Luther Stickell (Ving Rhames) deve tentare una spettacolare sortita nei laboratori dell'azienda farmaceutica per distruggere il virus prima che venga rubato da Ambrose.
Le cose vanno male, Nyah viene scoperta e diventa un ostaggio di Ambrose. Durante il tentativo di distruggere il virus alla Biocyte, Nyah si inietta l'ultima dose di Chimera. Ambrose è costretto a lasciarla viva per avere il virus, ma una volta ricavato il quale, deciderà di abbandonarla al suo destino, ovvero la morte e la conseguente infezione della popolazione di Sidney.
La sfida finale per Hunt è di riuscire a rubare "Chimera" e "Bellerofonte" ad Ambrose laddove avverrà la transazione e salvare Nyah prima che il virus faccia effetto.