Un soir alors qu'ils sont enfants, Hansel (Cedric Eich) et Gretel (Alea Sophia Boudodimos) sont abandonnés par leurs parents dans la forêt. Les deux enfants finissent par tomber sur la maison en sucreries mais la sorcière qui y habite (Monique Ganderton), les capture et prévoit de les manger. Gretel essaye d'affronter la sorcière qui lui jette un sort, sans effet. Elle délivre son frère et les deux enfants poussent la sorcière dans le four où elle meurt à petit feu...
Quinze ans après, Hansel (Jeremy Renner) et Gretel (Gemma Arterton) se sont lancés dans la chasse aux sorcières et disposent d'un arsenal d'armes modernes (arbalètes, fusils et mitrailleuses). Ils sont alors de passage dans une ville où une femme appelée Mina (Pihla Viitala) est sur le point d'être condamnée au bûcher pour sorcellerie. Hansel et Gretel démentent l'accusation car Mina ne présente pas les stigmates liés à l'usage de la sorcellerie. Les deux frère et s?ur sont ici à la demande du maire car nombres d'enfants ont été enlevés par des sorcières ces derniers temps. Hansel et Gretel sont engagés malgré la résistance de l'exécrable shérif Berringer (Peter Stormare). Les jeunes gens commencent leurs investigations dans une chaumière habitée par une grande sorcière qu'ils tuent après un bref combat. Ils découvrent chez elle que la lune rouge approche, un évènement symbolique pour les sorcières qui justifierait le sacrifice des enfants.
Pendant ce temps, Berringer a engagé des pisteurs qui vont de nuit dans la forêt où ils se font tous tuer par Muriel, une puissante grande sorcière capable de prendre une apparence humaine (Famke Janssen). A la taverne de la ville, Hansel et Gretel font connaissance avec Ben (Thomas Mann), un fervent admirateur. Le dernier pisteur arrive à ce moment-là et explose sous les yeux des personnes présentes. Dans la forêt, la puissante sorcière Muriel discute avec une sorcière cornue (Ingrid Bolsø Berdal) et une sorcière rousse (Joanna Kulig). Muriel fait boire une potion à ses cons?urs en vue de les immuniser contre le feu, sans succès.
Le lendemain, Hansel sympathise avec Mina qui le remercie de son aide. Peu après dans la forêt, Hansel et Gretel tendent un piège à la sorcière cornue qu'ils capturent pour l'interroger en ville sur le motif des enlèvements d'enfants. À la tombée de la nuit, ils comprennent que les sorcières ont besoin de douze enfants, chacun né dans un mois différent de l'année. Avant qu'ils n'aient le temps de secourir la fillette manquante, Muriel et la sorcière rousse attaquent la ville, la première attaquant Gretel et la seconde capturant la fillette. La sorcière rousse enlève la fillette qui est emmenée par un troll (Derek Mears). Muriel assomme Gretel, libère la sorcière cornue et prévoit d'enlever Gretel mais Ben secourt la jeune femme qu'il emmène chez lui. Hansel poursuit la sorcière rousse mais est largué sur un arbre dans la forêt.
Le lendemain, Hansel est secouru par Mina qui soigne ses blessures. Après quoi, les deux jeunes gens font l'amour dans une rivière. Gretel, partie retrouver son frère, est capturée à la lisière de la forêt par Berringer et ses hommes, qui comptent la violer et l'arrêter pour avoir causé l'incendie de la ville. C'est alors que le troll Edward arrive et vient en aide à Gretel en éliminant le shérif et ses hommes. Le troll soigne Gretel en lui disant qu'il aide les sorcières avant de s'en aller. Hansel et Gretel se retrouvent dans une chaumière abandonnée qui se révèle être leur ancienne maison. C'est alors que surgit Muriel qui fait la lumière sur la raison pour laquelle les parents des deux héros les ont abandonnés : leur mère Adrianna était une sorcière blanche. En outre, quinze ans auparavant, à une époque de l'année où une autre lune rouge approchait, il s'est avéré que la lune rouge permettait de préparer une potion qui immunise contre le feu, une des rares façons de tuer les sorcières. La préparation de la potion nécessitait le sacrifice de douze enfants et le c?ur d'une sorcière blanche. Ce devait être celui de Gretel car Adrianna était trop forte pour Muriel. Cette dernière avait alors propagé une rumeur comme quoi Adriana était une sorcière; les villageois accoururent pour la brûler et pendirent le père qui avait juste eu le temps de cacher ses enfants. Muriel les informe ensuite que pour la lune rouge, un sabbat est organisé dans les montagnes. La sorcière enlève ainsi Gretel pour qu'elle soit sacrifiée et blesse Hansel.
Hansel est soigné par Mina, qui se révèle être une sorcière blanche. Avec elle et Ben, Hansel prévoit d'aller délivrer sa s?ur. Mina bénit leurs armes qui rendront les sorcières très vulnérables. A la nuit tombée, Hansel arrive à l'assemblée et ouvre le feu : il tue la sorcière rousse en explosant sa tete avec son fusil a pompe pendant que Mina canarde les sorcière avec une mitrailleuse. Muriel tente de tuer Gretel qui est détachée par Edward; la sorcière cornue tente de tuer les enfants mais Hansel l'abat en lui tirant dans le torse et dans la tete. Les sorcières restantes s'enfuient à balai; Hansel se bat contre des sorcières siamoises. Le jour finit par se lever et c'est trop tard pour le rituel, Muriel s'envole, Gretel tue deux sorcières avec son arbalète et lacère mortellement une sorcière en l'attrapant avec une chaîne servant de lasso; les sorcières qui s'étaient enfuies sont déchiquetées en morceaux en passant à travers des fils invisibles entre deux arbres. Ben tire sur Muriel qui s'écrase un peu plus loin. Hansel, Mina et Ben traquent Muriel et tombent sur la maison en sucreries. Muriel les attaque et porte un coup mortel à Mina. Gretel les rejoint après avoir soigné Edward. À l'intérieur de la maison, le frère et la s?ur se battent contre Muriel et parviennent à la terrasser.
Après cela, les habitants d'Ausbourg remercient Hansel et Gretel d'avoir sauvé les enfants et continuent la chasse aux sorcières avec Ben et Edward comme alliés en commencent par une sorcière du désert qu'ils réussissent à tuer facilement.
Le programme Treadstone dont Jason Bourne était le cobaye n'était que la partie émergée d'une vaste conspiration, mise en ?uvre par plusieurs branches du gouvernement et concernant plusieurs agences de renseignement, programmes militaires et laboratoires secrets.
De Treadstone est ensuite né Outcome, dont Aaron Cross est l'un des neuf agents. Plus que des tueurs, ce programme forme ces hommes à assumer des missions à haut risque en solo. Mais en dévoilant une partie de l'organisation, Jason Bourne laisse derrière lui un héritage explosif. Désormais tout est compromis, les agents d'Outcome doivent alors être supprimés, pour que le directeur du programme, le colonel Byer, puisse continuer ses activités.
Aaron Cross réussit à échapper à l'assassinat puis va être aidé par le docteur Shearing, une biochimiste du programme qui est également sur la liste des personnes à exécuter. Les agents Outcome suivent un traitement médicamenteux qui leur permet d'accroitre leurs capacités physiques et intellectuelles, mais qui ne peut pas être interrompu.
Ils se rendent à Manille, où se trouve un virus permettant de rendre définitifs les effets des médicaments. Leur trace est retrouvée, la police de Manille se met à les rechercher, et un tueur du programme LARX est envoyé. Une fois le virus injecté, Aaron devient malade, ils s'installent dans un hôtel. Le lendemain, la police et le tueur les trouvent, une course poursuite s'engage. La police perd leur trace, et le tueur a un grave accident. Ils quittent Manille en bateau, incognito.
Lors d'une mission à Budapest, l'agent Hanaway de l'unité IMF (Impossible Missions Force) est tué par la tueuse à gages Sabine Moreau, qui récupère les codes de lancement d'une ogive nucléaire. L'unité doit donc récupérer l'agent Ethan Hunt, alors en détention dans une prison de Moscou pour une raison inconnue. L'évasion est un succès, malgré la décision de Hunt de faire évader l'un des détenus, Bogdan, qui détient de précieuses informations. À peine libéré, Hunt se voit chargé d'une mission : infiltrer avec les agents Benjamin Dunn et Jane Carter au plus vite les archives du Kremlin pour récupérer le dossier de Cobalt, le terroriste qui a engagé Moreau.
L'infiltration est un succès mais le dossier de Cobalt a disparu. Au même moment, Hunt surprend un homme qui sort du bâtiment avec une valise et qui pirate la fréquence radio des agents IMF avant de déclencher une bombe qui détruit la partie nord du Kremlin. Hunt s'en sort avec des blessures légères mais il est démasqué et accusé d'avoir commandité l'attentat par Sidorov, un agent russe. Hunt s'enfuit et tente de quitter le pays mais c'est le ministre Theodore Brassel, alors en Russie, qui le retrouve et lui explique la situation : parce que des agents américains sont accusés d'avoir fait exploser le Kremlin, le président des États-Unis a déclenché le « protocole fantôme ». Ainsi, toute l'agence IMF est officiellement désavouée et démantelée, et Hunt doit arrêter Cobalt mais sans le soutien ni les moyens du gouvernement. Juste après, la voiture du ministre est attaquée et celui-ci est abattu. Hunt parvient à échapper aux policiers avec William Brandt, un analyste qui a identifié l'homme du Kremlin comme étant Kurt Hendricks, un scientifique suédois qui envisage de déclencher une guerre nucléaire totale. Désormais isolés, Hunt, Dunn, Carter et Brandt sont chargés d'arrêter Hendricks, alias Cobalt.
Les quatre agents partent pour le Burj Khalifa de Dubaï, où le marchandage des codes entre Moreau et Wiström (homme de main de Hendricks) doit avoir lieu. Pour préparer leur opération, Dunn organise l'échange des numéros des chambres pendant que Hunt escalade l'extérieur de l'hôtel pour pirater les serveurs. Le plan consiste à donner de faux codes mais quand Wiström apparaît avec un cryptologue polonais qui connait les codes de lancement, Hunt choisit de prendre le risque de donner les véritables codes. Les négociations ont lieu dans les deux chambres et tout se passe bien jusqu'à ce que Moreau repère Brandt et tente de le tuer. Pendant ce temps, Wiström, qui a obtenu les codes, abat le cryptologue avant de fuir. Hunt le poursuit, malgré la tempête de sable qui s'est levée et Sidorov à ses trousses. Wiström, en réalité Hendricks masqué, parvient à fuir avec les codes, et Moreau est tuée par Carter autant pour se défendre que pour venger la mort de Hanaway, son amant. L'opération est donc un échec.
La présence de Sidorov fait peser des soupçons sur l'agent Brandt, qui a montré des aptitudes à être agent de terrain, mais celui-ci ne veut pas s'expliquer devant Ethan Hunt, qui part retrouver un marchand d'armes clandestin grâce à Bogdan. Pendant ce temps, Brandt explique à Dunn et Carter comment il est passé d'agent de terrain à analyste : il devait surveiller et protéger un couple en Croatie, mais alors qu'il a choisi de surveiller le mari, la femme a été enlevée et tuée. Le veuf a alors tué six terroristes serbes soupçonnés du meurtre avant d'être arrêté. Cet homme était en fait Ethan Hunt, qui avait épousé Julia. Désavoué, Hunt a fini dans une prison russe après avoir tué les assassins de sa femme.
Ethan Hunt obtient les informations qu'il cherchait : la localisation du satellite qui servira à programmer le lancement de l'ogive nucléaire. Il s'agit d'un ancien satellite militaire soviétique, utilisé par une chaîne de télévision indienne, appartenant à Brij Nath, magnat des médias et playboy indien. Les agents de l'IMF partent donc pour Bombay où ils vont tenter de pirater les serveurs informatiques de Nath. Carter est chargé de le séduire puis de lui prendre les codes, pendant que Brandt accède aux serveurs. Mais ils arrivent trop tard : quand ils ont le code, Hendricks pirate le réseau de Nath et déclenche le tir de l'ogive vers San Francisco. Alors que la bombe part vers sa cible, Hunt poursuit Hendricks à travers la ville pour annuler l'explosion. Les agents parviennent in extremis à annuler l'explosion, et l'ogive tombe dans la baie de San Francisco, où elle sera récupérée par Luther Stickell. Sidorov arrive et découvre la vérité (c'était Hunt qui l'avait prévenu de sa présence à Dubai), et accepte d'aider les agents.
À Seattle, les agents reçoivent de Hunt leurs nouvelles missions, mais Brandt refuse, se sentant responsable de la mort de Julia. Hunt lui révèle alors la vérité, que seuls lui et le ministre Brassel connaissaient : Julia n'est pas morte, et cette opération était un coup monté pour assurer la protection de Julia et obtenir des informations sur Cobalt. Brandt, touché de voir la confiance que lui accorde Hunt, accepte la nouvelle mission.