'키메라'라는 바이러스와 이를 억제할 '벨레로폰'을 만들어낸 러시아의 생물공학자인 네코비치 박사는 어느 날 IMF(impossible mission force)의 요원인 이단 헌트에게 구원을 요청한다. 그러나 이단 헌트로 변장한 테러리스트 앰브로즈에게 벨레로폰을 탈취당한 채 살해당한다. 앰브로즈는 정작 악성 바이러스는 박사의 몸에 주입되어 있다는 사실을 전혀 모르고 있었다.

이 사건으로 IMF 측에서는 앰브로즈가 가진 것이 무엇인지 알아내려고 헌트를 불렀고, 그는 '키메라'가 끔찍한 악성 바이러스라는 사실을 알아낸다.

헌트는 과거 앰브로즈의 애인이었던 니아 홀을 포섭해 대원으로 만들어 앰브로스의 음모를 캐내려 한다. 그러나 헌트와 애인인 니아의 관계를 알아챈 앰브로즈는 헌트의 작전을 역이용하여 키메라를 손에 넣고 만다.

한편, 헌트와 앰브로즈와의 결투과정에서 헌트를 살리기 위해 스스로 키메라 바이러스를 몸에 주입한 니아는 자신이 죽으면 바이러스가 파괴될 것으로 믿고 스스로 자살할 결심을 하는데...