大洋深处，一艘俄罗斯潜水艇正在执行常规任务，但是突发意外导致潜艇爆炸，全体机组人员无一幸免。而这个谜一样的事故，还隐藏着一个足以颠覆世界的大秘密。此后不久，特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）接到任务，要去寻找两把造型独特的钥匙。钥匙组合在一起后能够控制不断进化并拥有独立思考能力的人工智能，从而可帮助政治家实现称霸世界的野心。不愿被政治家利用的伊森找到好搭档卢瑟·斯蒂克尔（海莉·阿特维尔 Hayley Atwell 饰）、班吉·邓（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）恩和伊尔莎·浮士德（海莉·阿特维尔 Hayley Atwell 饰），开始试图找到并摧毁钥匙，这也意味着他们将与全世界为敌。
而在行动过程中，性感女贼格蕾丝（海莉·阿特维尔 Hayley Atwell 饰）无疑卷入其中，使这场危险游戏变得愈加扑朔迷离……

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