盖瑞（塔哈·拉希姆 Tahar Rahim 饰）年轻有为，身为一名核电站工作人员，他必须奋战在核辐射最为强烈的第一线，而和他一起工作的，都是一些毫无情趣的大老爷们儿。一次偶然中，盖瑞遇见了名为卡罗尔（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）的女子，卡罗尔的魅力和温柔为盖瑞枯燥坚硬的生活带来了一丝清新的气息。没过多久，盖瑞和卡罗尔便坠入了爱河，两人借由激情四射的交欢来遗忘世间的荒芜，然而，唯一的问题是，卡罗尔已经名花有主，那个人恰恰就是盖瑞的同事托尼（丹尼斯·门诺切特 Denis Menochet 饰）。随着时间的推移，盖瑞和卡罗尔的情事渐渐无法再隐藏下去，与此同时，盖瑞发现自己的身体健康亦出现了问题。

特工汉纳威（乔什·哈洛威 Josh Holloway 饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）和特工简（宝拉·巴顿 Paula Patton 饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 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 Michael Nyqvist 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 Jeremy Renner 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...