Jim Phelps et ses agents sont envoyés à Prague avec pour mission d'appréhender un espion ennemi lors d'une réception dans l'ambassade américaine. Cet homme, Alexander Golytsin2, s'apprête à dérober une disquette contenant la liste secrète des agents infiltrés en Europe centrale. Seulement, les agents de l'IMF (Impossible Missions Force) ignorent que la CIA, persuadée que le commando est infiltré par une taupe, a envoyé une autre équipe. Presque tous les membres de l'équipe de Phelps sont tués, sa femme, Claire, les agents Jack Harmon, Sarah Davies et Hannah Williams. Jack meurt empalé dans une cage d'ascenseur et Jim est abattu sur le pont Charles et tombe dans le fleuve Vltava, Claire et Hannah sont tuées dans l'explosion de leur voiture. Sarah, qui suivait Golytsin, tombe tout comme lui dans un piège et est mortellement blessée par un tueur qui la poignarde et dérobe la liste NOC. L'un des survivants, Ethan Hunt, tente de s'échapper.
Ethan, toujours en vie, contacte son supérieur Eugene Kittridge pour l'informer du décès de ses coéquipiers. Kittridge lui donne rendez-vous dans un restaurant de Prague. Là-bas, Kittridge révèle à Ethan que la liste était un leurre pour piéger une taupe infiltrée dans l'équipe. Cette taupe, portant le pseudonyme de Job, comptait revendre la disquette à un trafiquant d'armes connu sous le nom de Max. Comprenant que ses amis sont morts pour presque rien, Ethan commence à s'énerver, d'autant plus que Kittridge le soupçonne d'être la taupe car c'est le seul survivant. Utilisant une tablette de chewing-gum explosif pour détruire l'aquarium géant qui décore le restaurant, provoquant une diversion, Ethan prend la fuite, en sachant que son supérieur va le désavouer.
Retournant à la planque, Ethan entre en contact avec Max. Pour se faire comprendre auprès du trafiquant, il utilise la définition du mot Job trouvé dans une vieille Bible. C'est alors que Claire surgit dans l'appartement. Elle explique à Ethan qu'elle a quitté la voiture plus tôt que prévu. Ethan ne la croit pas au début, mais finit par lui faire confiance. Il reçoit alors un message de Max qui fixe un rendez-vous avec lui. Ethan découvre que Max est une femme, et qu'elle a avec elle la fausse liste (récupérée après le meurtre de Golytsin). Malgré ses recommandations, Max commence la lecture de la liste, équipée d'un pisteur pour la localiser. Ethan finit par se faire entendre et aide Max à fuir avant l'arrivée de Kittridge et ses hommes. Séduite par l'attitude de l'espion, elle lui demande de lui ramener la véritable liste NOC contre une faramineuse somme d'argent. Ethan accepte, mais qu'à une seule condition qui est de connaître l'identité de Job.
Ethan doit donc se procurer la liste, en sécurité à Langley, siège de la CIA. Pour cela, il doit se trouver des équipiers, si possible désavoués. Son choix se porte sur Luther Stickell, informaticien renommé, et Franz Krieger, pilote d'hélicoptère brillant et expert en infiltration aux méthodes plutôt violentes. Leur mission est de pénétrer dans le bâtiment déguisés en pompiers, utiliser les conduits d'aération pour se rendre dans la chambre forte et récupérer la disquette. L'opération est un succès et l'équipe met la main sur la liste. De retour à Londres, Ethan se rend compte que Krieger est obnubilé par la liste NOC et surtout par l'argent qu'il pourrait en tirer en la revendant. Ethan commence à avoir des soupçons sur sa fidélité et le démasque en lui faisant croire que la liste est entre ses mains et non entre celles de Krieger. Plus tard, à la télévision, il apprend que sa mère et son oncle ont été arrêtés pour trafic de drogue. Comprenant que Kittridge veut le faire craquer. Il téléphone à ce dernier depuis une cabine pour lui dire qu'il fait une grave erreur puis raccroche seulement 3 secondes avant que la CIA ne le localise. C'est alors qu'Ethan reconnaît l'homme de la cabine voisine. C'est Jim Phelps.
Ethan ramène son patron à la planque et lui demande ce qui s'est passé à Prague. Jim lui dit qu'il a vu la taupe, et qu'il s'agissait de Kittridge. Mais Ethan pense tout autre chose. Si Jim était la taupe ? Il avait le contrôle de l'ascenseur, il pouvait donc tuer Jack. Ensuite, il simulait son assassinat sur le pont et sautait dans le fleuve. Claire, pendant ce temps, quittait la voiture et la faisait exploser dès qu'Hannah serait à l'intérieur. Jim pouvait le faire aussi. Mais pour Sarah et Golytsin ? Il leur fallait un complice. Ethan se souvient alors du poignard retrouvé sur le corps de Sarah. Le même que celui de Krieger lorsque celui-ci a tenté de tuer un garde à Langley. C'est donc lui l'autre homme. Ethan décide d'agir. Dans le TGV Londres-Paris, il a donné rendez-vous à Max pour le transfert de la liste NOC. Kittridge sera là.
Le lendemain, dans le train, Max commence le transfert. Elle envoie Ethan dans le fourgon à bagages pour récupérer son argent. Mais Luther, assis au siège voisin, doit brouiller le transfert pour le retarder suffisamment longtemps pour que Kittridge repère Max. Pendant ce temps, Claire se rend dans le fourgon. Elle tombe sur Jim et lui dit de prendre l'argent avant l'arrivée d'Ethan. Mais c'est à Ethan qu'elle parle, sous le masque de Jim. Soudain, Phelps surgit, récupère l'argent et braque l'espion. Mais Ethan enfile une paire de lunettes-caméra, transmettant l'image de Jim à Kittridge. De plus, Claire se range du côté d'Ethan. Jim, trahi, abat son épouse et assomme son ancien équipier avant de prendre la fuite sur le toit du train. Lorsqu'Ethan se réveille, Claire est morte. Fou de rage, il s'élance sur le toit à la poursuite de Job. Un hélicoptère tourne dans le ciel. C'est Krieger, venu récupérer Jim. Dans la bataille, Ethan parvient à accrocher le câble de l'hélico au train. Krieger se retrouve coincé à l'approche du tunnel sous la Manche. Avec une habile man?uvre, il arrive à y pénétrer de justesse. Jim parvient à sauter sur l'hélico, suivi par Ethan. Ce dernier colle une tablette de chewing-gum explosif sur le pare-brise et saute. L'explosion désintègre la cabine et Krieger avec. L'appareil pique ensuite du nez et percute la voie, broyant Phelps sous son poids avant de s'encastrer contre le train. Dans le TGV, Kittridge localise Max et procède à son arrestation.
Luther est redevenu un citoyen respectable et il est réinséré à la CIA, Ethan a succédé à Jim Phelps à la tête de l'équipe.
Le gangster Peter Rooker veut s'emparer du secret de le force surhumaine de Darkman. Le docteur Peyton Westlake est contacté par la femme qui l'a soigné à l'hôpital en lui déconnectant le système nerveux qui lui propose de l'aider dans ses recherches pour retrouver son visage et ses sensations perdues. Darkman va se retrouver emmêlé dans un complot sinistre et tordu mais il va trouver une occasion de montrer l'étendue de sa bonté.
Jim Phelps et ses agents sont envoyés à Prague avec pour mission d'appréhender un espion ennemi lors d'une réception dans l'ambassade américaine. Cet homme, Alexander Golytsin2, s'apprête à dérober une disquette contenant la liste secrète des agents infiltrés en Europe centrale. Seulement, les agents de l'IMF (Impossible Missions Force) ignorent que la CIA, persuadée que le commando est infiltré par une taupe, a envoyé une autre équipe. Presque tous les membres de l'équipe de Phelps sont tués, sa femme, Claire, les agents Jack Harmon, Sarah Davies et Hannah Williams. Jack meurt empalé dans une cage d'ascenseur et Jim est abattu sur le pont Charles et tombe dans la rivière Vltava, Claire et Hannah sont tuées dans l'explosion de leur voiture. Sarah, qui suivait Golytsin, tombe tout comme lui dans un piège et est mortellement blessée par un tueur qui la poignarde et dérobe la liste "NOC". L'un des survivants, Ethan Hunt, tente de s'échapper.
Ethan, toujours en vie, contacte son supérieur Eugene Kittridge pour l'informer du décès de ses coéquipiers. Kittridge lui donne rendez-vous dans un restaurant de Prague. Là-bas, Kittridge révèle à Ethan que la liste était un leurre pour piéger une "taupe" infiltrée dans l'équipe. Cette taupe, portant le pseudonyme de "Job", comptait revendre la disquette à un trafiquant d'armes connu sous le nom de Max. Comprenant que ses amis sont morts pour presque rien, Ethan commence à s'énerver, d'autant plus que Kittridge le soupçonne d'être la taupe car c'est le seul survivant. Utilisant une tablette de chewing-gum explosif pour détruire l'aquarium géant qui décore le restaurant, provoquant une diversion, Ethan prend la fuite, en sachant que son supérieur va le désavouer.
Retournant à la planque, Ethan entre en contact avec Max. Pour se faire comprendre auprès du trafiquant, il utilise la définition du mot "Job" trouvé dans une vieille Bible. C'est alors que Claire surgit dans l'appartement. Elle explique à Ethan qu'elle a quitté la voiture plus tôt que prévu. Ethan ne la croit pas au début, mais finit par lui faire confiance. Il reçoit alors un message de Max qui fixe un rendez-vous avec lui. Ethan découvre que Max est une femme, et qu'elle a avec elle la fausse liste (récupérée après le meurtre de Golytsin). Malgré ses recommandations, Max commence la lecture de la liste, équipée d'un pisteur pour la localiser. Ethan finit par se faire entendre et aide Max à fuir avant l'arrivée de Kittridge et ses hommes. Séduite par l'attitude de l'espion, elle lui demande de lui ramener la véritable liste "NOC" contre une faramineuse somme d'argent. Ethan accepte, mais à une seule condition : connaître l'identité de "Job".
Ethan doit donc se procurer la liste, en sécurité à Langley, siège de la CIA. Pour cela, il doit se trouver des équipiers, si possible désavoués. Son choix se porte sur Luther Stickell, informaticien renommé, et Franz Krieger, pilote d'hélicoptère brillant et expert en infiltration aux méthodes plutôt violentes. Leur mission est de pénétrer dans le bâtiment déguisés en pompiers, utiliser les conduits d'aération pour se rendre dans la chambre forte et récupérer la disquette.
L'opération est un succès et l'équipe met la main sur la liste. De retour à Londres, Ethan se rend compte que Krieger est obnubilé par la liste "NOC" et surtout par l'argent qu'il pourrait en tirer en la revendant. Ethan commence à avoir des soupçons sur sa fidélité et le démasque en lui faisant croire que la liste est entre ses mains et non entre celles de Stickell. Plus tard, à la télévision, il apprend que sa mère et son oncle ont été arrêtés pour trafic de drogue. Comprenant que Kittridge veut le faire craquer, il téléphone à ce dernier depuis une cabine pour lui dire qu'il fait une grave erreur, puis raccroche, seulement 3 secondes avant que la CIA ne le localise. C'est alors qu'Ethan reconnaît l'homme de la cabine voisine : Jim Phelps.
Ethan ramène son patron à la planque et lui demande ce qui s'est passé à Prague. Jim lui dit qu'il a vu la taupe, et qu'il s'agissait de Kittridge. Mais Ethan pense tout autre chose et réalise qu'il est plus logique que Jim lui-même soit la taupe, tuant tous les membres de son équipe à Prague avec l’aide de Claire et de Krieger, qui manipule des couteaux similaires à celui qui a servi à tuer Sarah. Ethan décide d'agir. Dans le TGV Londres – Paris, il a donné rendez-vous à Max pour le transfert de la liste "NOC". Kittridge sera là.
Le lendemain, dans le train, Max commence le transfert. Elle envoie Ethan dans le fourgon à bagages pour récupérer son argent. Mais Luther, assis au siège voisin, doit brouiller le transfert pour le retarder suffisamment longtemps pour que Kittridge repère Max. Pendant ce temps, Claire se rend dans le fourgon. Elle tombe sur Jim et lui dit de prendre l'argent avant l'arrivée d'Ethan, qu'ils devraient épargner afin qu'il soit accusé. Mais c'est à Ethan qu'elle parle, sous le masque de Jim. Soudain, Phelps surgit, récupère l'argent et braque l'espion. Mais Ethan enfile une paire de lunettes-caméra, transmettant l'image de Jim vivant à Kittridge. De plus, Claire se range du côté d'Ethan. Jim, trahi, abat son épouse et assomme son ancien équipier avant de prendre la fuite sur le toit du train. Lorsqu'Ethan se réveille, Claire est morte. Fou de rage, il s'élance sur le toit à la poursuite de "Job". Un hélicoptère tourne dans le ciel. C'est Krieger, venu récupérer Jim. Dans la bataille, Ethan parvient à accrocher le câble de l'hélico au train. Krieger se retrouve coincé à l'approche du tunnel sous la Manche. Avec une habile manœuvre, il arrive à y pénétrer de justesse. Jim parvient à sauter sur l'hélico, suivi par Ethan. Ce dernier colle une tablette de chewing-gum explosif sur le pare-brise et saute. L'explosion désintègre la cabine et Krieger avec. L'appareil pique ensuite du nez et percute la voie, broyant Phelps sous son poids avant de s'encastrer contre le train. Dans le TGV, Kittridge localise Max et procède à son arrestation.
Luther est redevenu un citoyen respectable et il est réinséré à la CIA, Ethan a succédé à Jim Phelps à la tête de l'équipe Mission Impossible.
Coup sur coup, Erin Grant perd son travail et la garde de sa fille Angela, confiée à son ex-mari, petit escroc. Pour gagner l'argent nécessaire à un procès en appel, elle accepte un travail de danseuse dans un club de strip-tease de Miami. David Dilbeck, un député du congrès des États-Unis et client incognito du bar, la remarque et tombe sous son charme. Quand un autre client saoul monte sur la scène, le député lui assène un violent coup sur la tête. Jerry, un admirateur d'Erin, prend une photographie à ce moment.
Il tente de faire du chantage au député pour qu'il fasse pression sur le juge qui a décidé de donner la garde d'Angela au père. Il est retrouvé mort dans un lac par Al Garcia, qui se met à enquêter. Dans l'appartement de l'admirateur, de nombreuses photographies d'Erin sont affichées. Il interroge alors Erin, qui le met sur la voie du député.
David fait venir Erin pour une danse privée, qu'il rémunère 2 000 dollars. À la fin de la séance, il lui propose de revenir le lendemain pour 5 000 dollars. Lorsqu'elle sort, le bras droit du député la menace, pour l'empêcher de raconter sa relation avec David.
Erin décide de régler cette affaire elle-même. Elle convoque la presse dans une raffinerie de sucre dans la soirée, puis rejoint David pour faire son numéro. À l'aide d'une arme à feu, elle le soustrait à ses gardes du corps, et l'emmène à la raffinerie. Elle lui fait avouer son implication dans le meurtre tout en l'enregistrant à son insu. Les gardes du corps arrivent, ils s'apprêtent à la tuer, mais Al qui suivait la piste arrive avant. Les gardes du corps se retrouvent hors d'état de nuire, et la presse arrive sur les lieux.
Un radiotélescope du programme SETI capte des ondes émises par un vaisseau extraterrestre démesuré qui s'est immobilisé en orbite géostationnaire lointaine. Le Pentagone, averti de cette présence, décide de garder le secret sur cette découverte. Peu de temps après, de gigantesques vaisseaux entrent dans l'atmosphère puis prennent lentement position au-dessus de diverses mégapoles mondiales. À Washington, le président des États-Unis Thomas J. Whitmore (Bill Pullman) s'interroge sur la conduite à tenir.
David Levinson (Jeff Goldblum) est analyste informaticien. Il découvre qu'un signal provenant du vaisseau extraterrestre et capté par un radiotélescope joue le rôle d'un compte à rebours. Il décide d'en informer en haut lieu en prenant contact avec son ex-femme Constance Spano (Margaret Colin) qui est conseillère à la Maison-Blanche. Le président décide alors l'évacuation générale, mais il est trop tard : de chacun des vaisseaux surgit un rayon surpuissant qui détruit instantanément les buildings et tous leurs environs. Le lendemain, les lieux visés ne sont plus que ruines et désolation. Le nombre de victimes est très lourd.
Steven Hiller (Will Smith) est capitaine de l'US Marine Corps (USMC). Avec les quelques survivants, le président Whitmore, qui a échappé de justesse à la destruction de la capitale, décide d'organiser la riposte.
L'Air Force One étant en sécurité dans la base militaire de la Zone 51, une première attaque aérienne massive est lancée sur les vaisseaux, mais aussitôt le combat engagé, les pilotes humains constatent que leur armement ne peut percer le bouclier énergétique qui entoure ceux-ci. Écrasés sous le nombre des chasseurs sortis par les vaisseaux envahisseurs, les avions sont abattus les uns après les autres, à l'exception de celui du capitaine Steven Hiller, qui parvient à mener son adversaire dans un dédale rocheux avant de l'aveugler avec sa toîle de parachute et de le faire s'écraser.
Hiller se retrouve dans le désert du comté de Lincoln, au sud-est du Nevada, en compagnie de l'extraterrestre qu'il a assommé et qu'il traîne derrière lui. Il est rejoint un peu plus tard par un convoi de caravanes tractées par des personnes ayant échappé à l'anéantissement, et qu'il va guider vers la Zone 51.
Dans les ruines de Los Angeles, Jasmine Dubrow, compagne de Steven Hiller ayant survécu à l'anéantissement avec son fils Dylan, parvient à dégager plusieurs survivants des décombres, parmi lesquels la Première dame des États-Unis, Marilyn Whitmore, dont l'hélicoptère s'est écrasé peu de temps après le début de la destruction de la ville.
Thomas Whitmore se rend dans la Zone 51. Il y apprend alors que ce n'est pas la première fois que les Humains se trouvent confrontés à ces extraterrestres : un chasseur extraterrestre s'est en effet écrasé en 1947 aux alentours de Roswell et a été récupéré dans la plus grande discrétion par l'US Air Force.
Dans le laboratoire médical de la Zone 51, des scientifiques entament l'ouverture de la combinaison biomécanique de l'extraterrestre capturé par Steven Hiller, toujours inconscient et tenu pour mort, mais l'opération se transforme en désastre, car l'extraterrestre se réveille soudain et tue les scientifiques présents par télépathie. Après une tentative de négociation infructueuse, l'extraterrestre est abattu alors qu'il tente de tuer le président américain.
Ce dernier ayant perçu quelques bribes du passé et des intentions belliqueuses de l'espèce extraterrestre, il décide d'utiliser l'arme nucléaire pour détruire le vaisseau au-dessus de Houston, mais une fois l'explosion dissipée, l'euphorie s'évanouit aussi vite qu'elle est apparue : le vaisseau protégé par son bouclier est toujours intact.
Désemparés, les rescapés ne savent plus quelle piste explorer jusqu'à ce que David Levinson, sous le coup d'une rude gueule de bois et avec l'aide de son père Julius Levinson, ait une soudaine inspiration. L'idée, à la fois d'une simplicité folle et d'une audace sans précédent, consiste à implanter dans le système informatique du vaisseau mère en orbite terrestre un virus informatique qui désactivera par signal satellite les boucliers de tous les vaisseaux extraterrestres.
Steven Hiller et David Levinson se portent volontaires pour piloter le chasseur extraterrestre détenu dans la Zone 51 et réparé par les scientifiques afin d'accéder au vaisseau mère pour y implanter le virus. Sur Terre, la contre-offensive planétaire est lancée, et Thomas Whitmore la mène personnellement à bord de son F-18, tandis que le virus de David Levinson désactive les boucliers de tous les vaisseaux. Cependant, la trop faible puissance des missiles air-air ne permet pas de détruire ceux-ci, d'autant plus que les chasseurs extraterrestres se lancent dans la bataille pour protéger les vaisseaux-mère.
Un vaisseau est sur le point de d'émettre son rayon destructeur sur la Zone 51, le pilote Russell Casse, qui ne peut tirer son dernier missile, bloqué, se sacrifie en lançant son F-18 dans l'émetteur du rayon. Une explosion fulgurante déchire alors le vaisseau, touché en plein cœur, qui s'écrase.
Pendant ce temps, leur chasseur extraterrestre bloqué dans le vaisseau-mère, Steven Hiller et David Levinson tentent le tout pour le tout. Après avoir tiré un missile pourvu d'une ogive nucléaire de très forte puissance qui s'est fiché dans la structure du vaisseau, ils parviennent à se délivrer du dispositif qui retenait leur chasseur et à quitter in extremis le vaisseau mère avant que l'explosion nucléaire le désintègre.
Steven Hiller et David Levinson, qui se sont écrasés dans le désert à leur retour, sont rejoints par Thomas Whitmore et leurs épouses respectives.