本片是以美国“911”事件为背景的灾难片，故事重现了当时那场突如其来的灾难。9月11日的一个美妙清晨，消防总署突然警铃大作，接到世贸中心遭到恐怖袭击而倒塌的消息后，消防警员约翰·迈克洛林（尼古拉斯·凯奇NicolasCage饰）和同事们立即整装赶赴现场，摆在他们眼前的是一幅幅惨绝人寰的画面，坍塌的大厦冒着浓烟，受伤的人们在痛苦地呻吟。为了营救被困在世贸中心里面的人，约翰不顾残楼摇摇欲坠的危险，带着队友冲进了大楼中，然而他们还来不及展开动作，就被二次倒塌的残楼压住了。当约翰在碎石中醒过来时，发现昔日并肩作战的同伴全部殉职，只有一位叫威尔·吉米诺（迈克尔·佩纳MichaelPena饰）的警员还幸存着。他们在地狱般的废墟中等待着救援队，面对着渐渐稀少的氧气和随时可能降临的死亡，恐惧、彷徨、伤心、绝望从四面八方缓缓袭来，营救与自救在惊心动魄的24小时内同时展开了……

　　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。