Ethan Hunt erhält nun den Auftrag, mit Hilfe seines Teams Chimera zu finden und zu verhindern, dass dieses zu verbrecherischen Zwecken missbraucht wird. Zunächst jedoch mußs er in Sevilla ein neues Mitglied für seine Mannschaft rekrutieren: Die attraktive Diebin Nyah, Ambroses ehemalige Freundin, soll wieder in dessen Leben treten, um wertvolle Informationen an Hunt und seine Kollegen zu übermitteln. Nyah ist zunächst misstrauisch. Um sie zu gewinnen, mußs sich Hunt mit ihr eine halsbrecherische Autoverfolgungsjagd liefern, bei der gewaltig die Funken fliegen - und es schließlich auch zwischen Hunt und Nyah funkt.

Mit einem Trick gelingt es, sie bei Ambrose einzuschleusen. Dieser ist zwar zunächst skeptisch, lässt sich dann aber doch auf die vermeintliche Rückkehr der Geliebten ein. Gemeinsam mit dem Computergenie Luther Stickell (Ving Rhames) und dem Piloten Billy Baird (John Polson) folgt Hunt Nyah nach Sydney. Am Computerbildschirm können sie Nyahs Aufenthalt in Ambroses Luxusvilla verfolgen: Hunt mußs mit ansehen, wie die Frau, in die er sich verliebt hat, seinem schlimmsten Widersacher näher kommt ...

Doch kurz vor dem Ziel kommt es zur Katastrophe: Nyahs Tarnung fliegt auf, Ambrose nimmt sie als Geisel und stellt sich Hunt im Labor entgegen. Dabei wird Nyah mit Chimera infiziert - nur wenige Stunden bleiben, um sie zu retten und die Welt vor einer schrecklichen Epidemie zu bewahren ...