Todo empieza con una asignación (con la clave Cobalto) en Budapest, Hungría donde el agente de la Fuerza de Misión Imposible (FMI) Trevor Hannaway (Josh Holloway) es asesinado por Sabine Moreau (Léa Seydoux) una asesina a sueldo francesa. Entonces la líder del grupo de Hannaway, Jane Carter (Paula Patton) y el agente recién promovido Benji Dunn (Simon Pegg) ayudan a escapar a Ethan Hunt (Tom Cruise) de una prisión de Moscú, junto a Bogdan (Miraj Grbic) un prisionero ruso e informante de Ethan.