極秘スパイ組織ＩＭＦのリーダー、ジム・フェルプス（ジョン・ヴォイト）の元に当局から指令が入った。
任務は、東欧に潜入しているＣＩＡ情報員のリスト“ＮＯＣ”を盗んだプラハの米大使館員ゴリツィンと情報の買い手を捕らえること。だが盗まれたのは暗号名の情報だけで、本名のリストは別にある。
ゴリツィンはそれを入手するため、明日の大使館のパーティに現れるらしい。ジムの作戦に従い、イーサン・ハント（トム・クルーズ）をはじめとするＩＭＦのメンバーは大使館に向かった。
しかし、作戦は敵に筒抜けで、ハッカーのジャック（エミリオ・エステヴェス）、工作員のサラ（クリスティン・スコット・トーマス）、監視役のハンナ（インゲボーガ・ダプクテイナ）にゴリツィンまでが殺され、ジムも銃弾に倒れてしまう。辛くも逃れたイーサンはＣＩＡのキトリッジ（ヘンリー・ツァーニー）に会い、彼からＩＭＦに内通者がいると聞かされる。
今回の作戦はそれを暴くために仕組まれたもので、ゴリツィンは囮だったのだ。
生き残ったイーサンは彼に内通者と見なされ、愕然とする。彼はキトリッジとの会合の場であるカフェを爆破して逃走し、本当の裏切り者を探そうとする。
大使館の作戦で生き残ったジムの妻、クレア（エマニュエル・ベアール）も無事アジトに戻り、イーサンは今までの状況を説明。キトリッジは、内通者にＮＯＣリストを盗ませたのは武器商人のマックスだと言っていた。
内通者の暗号名が“ヨブ”だと知ったイーサンは、その名を騙ってマックス（ヴァネッサ・レッドグレーヴ）に会い、ヨブのリストはＣＩＡが用意したニセ物だと伝える。
さらに彼はマックスに取り引きを持ちかけ、全世界のＮＯＣリストをヨブと交換することが決まった。
イーサンとクレアは、ＣＩＡを解雇されたタフガイのクリーガー（ジャン・レノ）と天才ハッカーのルーサー（ヴィング・レイムス）を仲間に加えて、次の作戦を開始。何と世界一厳重に警備されたＣＩＡ本部の1室に侵入し、ＮＯＣリストを入手しようというのだ。
クレアの陽動作戦が成功し、天井にあるダクト口から、クリーガーが支えるケーブルに吊るされながら入室したイーサンは、見事、ＮＯＣリストのダウンロードに成功した。
これを知ったキトリッジは、イーサンの母と叔父を麻薬密売容疑で逮捕し、彼をおびき出そうとする。イーサンはキトリッジに電話をかけてわざと逆探知させ、自分がロンドンにいることを知らせる。
ところが、そこへ死んだはずのジムが現れた。驚くイーサンに、彼は黒幕はキトリッジであると教える。
すでにイーサンはマックスとの取り引き場所を、ロンドン発パリ行きの特急列車ＴＧＶユーロスターの車内と設定していた。そこには裏切り者のヨブも現れるはずだ。
列車は走り出し、イーサンはマックスにリストを渡す。車内にはなぜかクレアも乗り合わせており、彼女は貨物車両に潜伏していたジムと会う。
だが、それは得意の変装で彼に化けたイーサンだった。そこへ本物のジムが現れた。
ヨブの正体はジムであり、プラハで仲間たちを殺したのも、全ては彼とクレア、そしてクリーガーの仕業だった。
ジムは冷戦後の世界情勢を鑑み、自分のようなスパイが用済みになることを察して、今回の行動に出たのだ。
イーサンは間一髪で危機を脱出するが、その際クレアがジムの銃弾に倒れる。
ジムは車外に逃れ、追尾していたクリーガーの操縦するヘリコプターに乗り込んだ。
イーサンは屋根にへばりついたまま、ヘリコプターをワイヤーで列車に繋ぎ止め、もつれ合ったままトンネル内に突入。
機銃掃射するジムたちの眼前で、イーサンはガム型爆弾を使い、ヘリコプターは吹っ飛ぶ。
イーサンの連絡で車内で待機していたキトリッジは、マックスを逮捕した。
イーサンの母と叔父は釈放され、ルーサーは晴れてＣＩＡに復帰することに。
しかし、イーサンはスパイ稼業に嫌気が指し、空の旅の人となった。
そこへジムの後任と認めた当局より新たな指令が届いた……。
サスペンスに定評のあるデ・パルマ監督だけに、予測を裏切る展開の連続で、ハラハラドキドキ感が最後まで途切れません。
ＣＩＡ本部に潜入してエージェントのリストを盗み出すシーンや列車の上のアクションは、サスペンスたっぷりのアクションで、新たなスパイアクションの傑作シリーズ第１作になりました。
