超级病毒“基米拉”和抗生素在运输途中被恐怖组织头目肖恩·安布罗斯偷走。伊森·亨特带领他的国际货币基金组织团队接受了中央情报局取回病毒的任务。这一次，伊森·亨特找到了女小偷尼亚·诺多夫-霍尔的搭档，她是肖恩·安布罗斯的前女友。在伊森·亨特获得奈雅信任的同时，两人也暗地里对彼此产生了感情。然而，为了完成任务，伊森·亨特不得不安排奈雅与肖恩·安布罗斯一起卧底。尼亚终于找到了病毒所在的制药厂。伊森·亨特收到情报后，前往工厂准备销毁病毒。在另一边，肖恩·安布罗斯已经察觉到尼亚回到他身边的真正目的，并组织他的团队在制药厂等待伊森·亨特落入陷阱。在激烈的斗争中，尼亚为了帮助伊森·亨特完成任务，将病毒注射到自己的身体里。只有在20小时内将抗生素注射到尼亚的体内才能挽救她的生命。伊森·亨特将再次面临一个不可能完成的任务。