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
未来世界中，工程工人道格拉斯（Arnold Schwarzenegger 饰）被持续的梦境困扰，那是一系列发生在红色火星上的体验。道格拉斯在广告上发现了回忆旅行公司的介绍，虽然同事警告他这种虚拟旅行可能会危害人类的大脑，但比起亲自去一趟充斥着反政府武装的火星，回忆旅行公司确是一个不错的选择。道格拉斯如愿接受了回忆旅行的服务，但是虚拟记忆的过程突然出现错误，自此一系列不可思议的经历出现在道格拉斯的身上，先是妻子劳瑞（Sharon Stone 饰）向他发起攻击并承认自己是监视道格拉斯的间谍，后来有陌生人出现帮
