동유럽 첩보원들의 비밀 명단을 훔쳐 무기상에 팔아 넘기려는 음모를 막기 위해 짐 펠프스(존 보이트)가 이끄는 CIA 최고의 팀 "미션 임파서블"이 투입된다. 그러나 대사관 파티에 잠입하여 동료들과 함께 작전을 수행하던 중 팀의 리더였던 이단 헌트(톰 크루즈)만이 구사일생으로 혼자 살아 남는다. 헌트는 자신이 CIA 내에 침투한 이중간첩으로 지목되었음을 알게 된다.

곧 이어 본부에 연락을 취한 헌트는 이번 작전이 CIA 내에 침투한 이중간첩의 체포작전이라는 것과 자신이 범인으로 지목된 것을 알고 재빨리 피신한다. 그는 자신을 함정에 빠뜨리고 동료들을 살해한 진짜 범인을 찾기 위해 나선다.

마침내 그는 컴퓨터의 접속암호를 풀어 무기 밀매상인 맥스와 연락을 취하고, 그에게 CIA 본부의 진짜 비밀명단이 들어있는 디스크를 주겠다고 약속하는데....