Uppgifter om CIA-agenters identiteter – den s.k. NOC-listan – har stulits av en f.d. rysk spion. Ethan Hunt (Tom Cruise) får den svåra uppgiften att förhindra informationen från att säljas på svarta marknaden. Men något går fel och Ethan blir felaktigt anklagad för ett antal mord han inte begått. På flykt från de riktiga mördarna gör han allt för att hela tiden ligga steget före sina förföljare och komma närmare sanningen.