中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织在特工头目吉姆的策划下，伊森所住的一组特工赶往了他们交易的地点。岂料，当他们按计划赶到时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。故事从 IMF 小组的一次任务开始，IMF 小组的领导人 Kittridge 命令伊森亨特和吉姆所在的小组去执行一项抓捕极密碟片窃贼的任务，然而这次任务完全是中情局设计好的，任务中的碟片是假的，中情局的真正目的是抓住同样想要得到这张碟片的 IMF 小组的内鬼。一切准备妥当后，伊森和队员开始了行动。在任务将要完成时，事情却发生了变故，IMF 小组的成员除了伊森以外均遭到杀害。Kittridge 遂怀疑唯一幸存的伊森是内鬼。在与 Kittridge 会面时，伊森得知自己是唯一幸存者，而内鬼想要这张碟片的目的是将它交给情报贩子 MAX。同时，伊森发现自己已被真正的内鬼陷害，于是逃出了中情局的包围，回到了 IMF 小组筹备任务的据点。在那里，他藉由和 Kittridge 的交流发现的线索，成功以内鬼的身份与 MAX 取得了联系，希望与其会面，并警告 MAX 碟片并不真实，借此获取 MAX 的信任。这时，小组成员——也是吉姆的夫人——克莱尔突然回到据点，她解释道自己只是按照约定时间返回据点。伊森大为惊讶，怀疑她才是真正的内鬼，但出于对克莱尔的爱慕以及信任，伊森并没有立刻做出判断。伊森按约定同 MAX 进行了会面，他同 MAX 商定以真正的碟片为筹码，交换内鬼。伊森在克莱尔的帮助下招募到同伴 Krieger 和卢瑟，从中情局总部搞到碟片。一伙人藏在秘密据点的时候，伊森注意到 Krieger 对碟片异常执着。同时，伊森发现内鬼用作暗语本与 MAX 联系的圣经竟然来自吉姆先前入住过的酒店，真相渐渐浮现。他唯一信任的人只剩下了卢瑟。中情局得知伊森窃取了碟片，为了引伊森自投罗网，诬陷了伊森的父母。伊森得知此事，打电话到中情局总部，同时故意暴露了自己的位置，暗示 Kittridge 前来。打完电话后，本应死去的吉姆意外现身，他告诉伊森自己侥幸存活，希望与伊森一起抓住内鬼。伊森已经明白了事情的来龙去脉，剩下的就是巧妙设局，将叛徒一网打尽。伊森通知 MAX 在行驶的列车上交易，同时 Kittridge 也得到了伊森的消息，登上了列车。在列车上，伊森与 MAX 完成了交易，但 MAX 与内鬼吉姆取得联系，准备杀掉伊森。伊森派克莱尔去取报酬，与正在那里等候的吉姆碰个正着，两人正是同伙。原来那场任务结束后克莱尔会突然回到秘密据点就是为了毁掉对吉姆不利的证据，但不巧伊森逃脱了中情局的抓捕，克莱尔才佯装自己是从内鬼的暗杀中幸存。但是这个吉姆却是伊森假扮的，克莱尔没有防备，对伊森说出了真相：对伊森的陷害是计划好的。这时，真正的吉姆从暗处走出，三人对峙。伊森随身携带了隐藏式摄像机，将一切发送给同在火车上的中情局长官 Kittridge。吉姆知道事情败露，同时看出了克莱尔对伊森暗藏的感情，便杀掉了克莱尔，想要同接应他的 Krieger 逃走。一番大战过后， Krieger 和吉姆双双丧命，中情局抓获了 MAX。伊森洗清了冤屈，辞去了中情局的工作，同卢瑟告别后，独自踏上了离去的航班，然而在飞机上，又有下一次的任务在等待他······