Ethan Hunt espérait avoir tourné une page en quittant le service actif de la Force Mission Impossible (FMI) pour un poste de formateur : pouvoir enfin mener une vie « normale » et se consacrer tout entier à sa ravissante épouse Julia.
Mais lorsque Lindsey, la plus brillante recrue de la FMI, chargée de surveiller Owen Davian, un redoutable trafiquant, « tombe » à Berlin, Ethan se sent moralement obligé de lui porter secours. Assisté de ses fidèles coéquipiers Luther, Zhen et Declan, il infiltre le repaire du trafiquant et arrache la jeune femme des mains d'une quinzaine de ses sbires. Trop tard : quelques instants plus tard, une mini-capsule de magnésium explose dans la tête de Lindsey, la tuant sur le coup.
Pour Ethan, c'est bien plus qu'un ratage, c'est une faillite personnelle dont il lui faut au plus vite se racheter. Il décide donc de s'attaquer à Davian. Mais peu après son arrestation, une attaque massive (comprenant l'emploi d'un Drone) libère Owen Davian, qui fait enlever Julia. Pour sauver sa femme, Hunt devra récupérer un objet appelé « patte de lapin ».
L'agent Ethan Hunt est chargé de retrouver un virus nommé « la Chimère », tombé aux mains d'un certain Sean Ambrose, un ancien agent et collègue d'Ethan. Pour ce faire, ce dernier est secondé dans sa tâche par 2 autres agents : Luther Stickell, qu'il avait recruté pour sa précédente mission, et un certain William Baird, dit « Billy ». Ethan a par ailleurs rallié à sa cause Nyah Nordoff-Hall, l'ancienne petite amie de Sean...
En septembre 1996, Brock Lovett est le coordinateur d'une équipe qui fouille méticuleusement l'épave du Titanic, paquebot géant réputé insubmersible qui connut pourtant un destin tragique. Lors d'une plongée en sous-marin miniature, il espère mettre enfin la main sur le C?ur de l'Océan, un bijou unique à la valeur inestimable, porté par Louis XVI, dont la découverte lui apporterait la gloire (ce bijou est inspiré du diamant bleu de la Couronne). Mais il remonte des profondeurs un coffre-fort qui se révèle ne contenir qu'un dessin représentant une jeune fille nue portant le bijou en pendentif.
À des milliers de kilomètres de là, une vieille dame, Rose Calvert (passagère fictive), découvre ce dessin sur l'écran de son téléviseur. Elle contacte Lovett et lui affirme qu'elle est la jeune fille en question. Étant l'une des rares personnes à avoir survécu au naufrage du Titanic encore en vie, elle raconte à Lovett et à son équipe la croisière inaugurale du paquebot, son naufrage, ainsi que l'histoire d'amour qu'elle a vécue avec Jack Dawson, un artiste voyageant en troisième classe.
Le 10 avril 1912, elle embarque en effet sur le Titanic avec son fiancé, Caledon Hockley, sa mère, Ruth, et leurs domestiques. Pendant ce temps, dans un pub du port, quatre hommes disputent une partie de poker. Deux d'entre eux, Olaf et Sven, ont misé leurs billets de troisième classe pour le Titanic, billets que remportent finalement leurs adversaires, Jack et Fabrizio. Ceux-ci embarquent ainsi sur le paquebot. Alors que commence la traversée, Rose se sent de plus en plus piégée par une haute société qui veut lui faire épouser un homme qu'elle n'aime pas. Finalement, le soir du vendredi 12 avril, après le dîner, elle tente de se suicider en sautant de l'arrière du navire. Jack, qui flânait sur le pont, se précipite à son secours et réussit à la sauver. Lorsque Cal et d'autres passagers arrivent sur les lieux, ils décident d'inviter Jack à dîner avec eux en première classe pour le remercier.
Reproduction du C?ur de l'Océan, bijou au centre de l'action du film.
Le lendemain, samedi 13 avril, Jack et Rose passent la journée ensemble sur le pont du Titanic, discutant de leur vie. Rose envie l'indépendance de Jack et son absence d'attaches. Avec l'aide de Margaret « Molly » Brown, Jack réussit à se rendre présentable pour le dîner où la plupart des invités se montrent amicaux, à l'exception de Ruth et de Cal qui n'affichent que du mépris à son égard. Il est également présenté à de riches passagers, comme le milliardaire John Jacob Astor et sa jeune épouse Madeleine. Après le repas, Jack invite Rose à une fête en troisième classe, sans savoir qu'ils sont épiés par le valet de Cal, Lovejoy.
Le matin suivant, dimanche 14 avril, Cal s'énerve contre Rose et la sermonne sur ce qu'une bonne future épouse se doit d'être. Sa mère exprime également ses craintes : si le mariage n'a pas lieu, leur famille, ruinée, perdra tout. Rose décide donc de se sacrifier pour le bien de sa mère. Jack s'introduit frauduleusement en première classe pour la raisonner, mais en vain : Rose refuse. Ce n'est qu'au coucher du soleil qu'elle se décide à le rejoindre et à quitter le carcan dû à son rang. Elle demande à Jack de la dessiner nue, ne portant que le C?ur de l'Océan offert peu de temps avant par Cal. Après s'être exécuté, Jack et Rose sont obligés de fuir Lovejoy, se réfugiant dans les salles des chaudières puis dans la cale, où ils font l'amour. Peu après être ressortis sur le pont, ils assistent à la collision du Titanic avec un iceberg.
Tous deux décident d'aller prévenir Ruth et Cal et retournent à la cabine de Rose, mais en chemin, Lovejoy glisse le bijou dans la poche de Jack, qui est accusé du vol et enfermé dans le bureau du capitaine d'armes. Rose, mise au courant de la gravité de la situation par le concepteur du navire, Thomas Andrews, se prépare à monter dans un canot avec sa mère, mais change d'avis au dernier moment et se précipite au secours de Jack. Après sa libération, tous deux réussissent à gagner le pont des embarcations. Jack et Cal persuadent Rose de monter dans un canot (Cal a en effet un arrangement avec le premier officier William Murdoch et fait croire à Rose que Jack en profitera aussi), mais celle-ci s'enfuit à nouveau.
Jack et Rose sont alors poursuivis par Cal, qui s'est emparé d'une arme. Finalement, celui-ci abandonne pour sauver sa propre vie et remonte sur le pont. Cependant, dans la panique, l'officier lui rend son argent et après avoir tué deux passagers, se suicide. Cal s'empare alors d'une fillette et l'utilise comme prétexte pour embarquer sur un des derniers canots. Jack et Rose rencontrent Andrews dans le fumoir (celui-ci a décidé de sombrer avec le paquebot), et sont finalement contraints de se réfugier sur le pont arrière. Pendant ce temps, Fabrizio, l'ami de Jack, est tué par la chute de la première cheminée du paquebot. Lorsque le navire sombre, les deux amants se retrouvent dans l'eau glacée et trouvent pour refuge une pièce de boiserie. Seule Rose peut monter dessus, et Jack se laisse mourir pour elle. Rose réussit à signaler sa présence au canot de l'officier Harold Lowe, venu chercher des survivants. Les rescapés du naufrage sont pris à bord du Carpathia au matin du lundi 15 avril, Rose comprise. À son arrivée à New York le 18 avril, elle donne pour nom à l'homme qui établit une liste de rescapés « Rose Dawson », et ne donne plus de signe de vie à sa famille.
De retour en 1996, Rose conclut son histoire, expliquant que Cal, à sa connaissance, s'est suicidé pendant la Grande Dépression. Nul ne sait ce qu'il est advenu du C?ur de l'Océan, mais Brock Lovett déclare avoir enfin compris le sens de l'histoire du Titanic. La nuit venue, Rose jette le bijou dans l'Atlantique (il était en réalité resté en sa possession la nuit du naufrage), puis s'endort ou meurt dans sa cabine (l'interprétation restant confuse pour le spectateur). Elle rejoint Jack et toutes les victimes du naufrage dans le Grand Escalier du Titanic pour un baiser final.
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.
Deux ans après l'aventure de Sandy à la Rydell High School, les élèves de l'école accueillent Michael, le cousin de Sandy. Celui-ci tombe amoureux de Stéphanie Zinone, la meneuse des Pink Lady. Pour lui plaire il est prêt à tout et, sans dévoiler son identité, apprend à piloter une moto mieux que quiconque. Quand Stéphanie le voit, elle tombe amoureuse du motard cool de ses rêves et tente par tous les moyens de le retrouver, ce qui se produit a plusieurs reprises.
Malheureusement, Johnny, l'ex de Stéphanie décide de couper court à l'idylle, car celui-ci est jaloux. Le règlement des Pink Lady menace également les amoureux. Au moment où Michael allait révéler son identité à Stéphanie, Johnny le poursuit à l'aide des T-Birds et Michael tombe d'une falaise. Stéphanie est persuadée qu'il est mort. Qu'adviendra-t-il des amoureux...
Le film raconte la vie dans une senior high school (en) américaine2 à la fin des années 1950.
Durant l'été 1958, Sandy Olsson, une étudiante australienne en vacances aux États-Unis, rencontre Danny Zuko, le chef de la bande des T-Birds. Leur amour est cependant interrompu par la fin des vacances car Sandy doit retourner en Australie.
Toutefois, le hasard fait que Sandy reste en Amérique et qu'elle intègre en dernière année3 Rydell High, le même établissement que celui où étudie Danny. Elle y rencontre un groupe de filles, les « Pink Ladies », mené par Betty Rizzo. Sans savoir qu'ils sont tout proches, Danny et Sandy racontent, chacun de leur côté, à leurs amis leur amour de vacances. Danny et Sandy finissent par se rencontrer et décident de reprendre leur relation bien que tout les oppose à l'école...
En parallèle, se joue la rivalité entre le gang de Danny ? les « T-Birds » ? et le gang des « Scorpions ». La course de voitures dans laquelle ils s'affrontent sera déterminante.