超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目肖恩盗走，伊森率领他的IMF小组接受中情局的任务：找回病毒。这次，伊森找到了女飞贼奈雅搭档，她是肖恩的前女友。伊森在获取奈雅信任的同时，二人也暗生情愫。但是，为了完成任务，伊森不得不安排奈雅回到肖恩身边卧底。奈雅终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的伊森前往药厂准备销毁病毒；另一边，肖恩已经察觉出了奈雅回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待伊森自投罗网。激烈的搏斗中，奈雅为了帮助伊森完成任务，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奈雅体内，才能挽救她的性命。伊森又将面临不可能的任务。