捷克布拉格，职业杀手乔（NicolasCage饰）完成了一次任务，手法老道。长久以来，乔信奉的四个原则让他冷酷无情的完成一次次任务并活在所有人的视线之外，但这种漂泊无定的孤寂人生教人厌倦，乔决定前往曼谷，在那里完成最后四次任务。
　　乔在曼谷灯火缭乱的街头物色到一位当地扒手康担任自己的助手兼翻译，负责与泰国雇主接头。乔很快完成了第一次任务，付出了右臂擦伤的代价，到药房寻求帮助的乔遇见聋哑姑娘Fon（杨采妮饰），后者温柔的态度让乔的心中萌发了牵挂……康在接头的途中被一群流氓殴打，满身伤痕的康打动了乔，乔传授他战斗的技巧，自己冷酷的原则也开始发生动摇。
　　乔的最后一次任务是刺杀一位敢作敢为的正派政治家，康的话犹在耳边让他迟迟不能动手。另一方面，泰国雇主恐怕事情败露而欲杀人灭口。乔与黑帮雇主的战斗不可避免……

位于加拿大的深山老林，背负着永生之苦的“金刚狼”罗根（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）隐居于此。在一次与猎人的冲突中，他得到东瀛女子雪生（福岛莉拉 饰）的帮助。雪生是罗根二战期间的旧相识矢志田派来的下属，似乎不久于人世的老友渴望死去之间再见罗根一面。跨越重洋的罗根终于见到在虚弱的矢志田，对方希望他能够保护自己的孙女真理子（冈本多绪 饰）。随着老人谢世，葬礼上突然战火点燃。罗根在雪生的帮助下拼死救出真理子，而矢志田的儿子信玄（真田广之 饰）似乎另有所图。逃亡途中，罗根意外发现他丧失了自愈的能力，金刚狼最大的危机降临……

　　超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目SeanAmbrose（DougrayScott 饰）盗走，EthanHunt（TomCruise饰）率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。
　　这次，EthanHunt找到了女飞贼NyahNordoff-Hall（ThandieNewton 饰）搭档，后者是SeanAmbrose的前女友。EthanHunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。
　　但是，为了完成任务，EthanHunt不得不安排Nyah回到SeanAmbrose身边卧底。
　　Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的EthanHunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，SeanAmbrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待EthanHunt自投罗网。
　　激烈的搏斗中，Nyah为了帮助EthanHunt完成任务，将病毒注入了自己体内，只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内，才能挽救她的性命，EthanHunt又将面临不可能的任务。

　　特工汉纳威（乔什·哈洛威JoshHolloway饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜LéaSeydoux饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉SimonPegg饰）和特工简（宝拉·巴顿PaulaPatton饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯TomCruise饰）。他们接受的幽灵协议任务便是从克林姆林宫盗取核军事密码。然而，当他们接近目标时，却发现被恐怖分子亨德里克斯（迈克尔·恩奎斯特MichaelNyqvist饰）捷足先登，抢走了核军事密码。在爆炸中，亨特受困医院，遭俄特工的追捕，幸好他身手矫捷，才化险为夷。不过，亨特的上司也在混乱中丧生，只剩下其助手布兰德（杰瑞米·雷纳JeremyRenner饰）与亨特死里逃生，加上班吉和简，逼上绝境的四人开始了最后一搏，从迪拜到印度，他们出生入死，与恐怖分子斗智斗勇……