Bei einem Einsatz des IMF im Kreml kommt es zu einem folgenschweren Zwischenfall: IMF-Anführer Ethan Hunt wird Zeuge eines verheerenden Bombenattentats, das der IMF in die Schuhe geschoben wird. Die Regierung verleugnet die Elite-Abteilung und initiiert das Phantom-Protokoll, ihr einziger Kontakt zur Kommandostruktur wird ermordet. Mit seinen Leuten geht Ethan in den Untergrund, um auf eigene Faust den Drahtzieher zu stellen. Die Spur führt nach Dubai, wo sie dem undurchschaubaren Hendricks auf die Schliche kommen.

Eine Fähre mit knapp über 500 Passagieren wird Opfer eines Terroranschlages - keiner überlebt. ATF-Agent Carlin findet schnell heraus, dass eine Bombe an Bord explodiert sein muss. Kurze Zeit darauf wird die Leiche von Claire Kuchever gefunden, die Verbrennungen aufweist, so dass es aussieht, als sei sie ebenfalls bei der Detonation umgekommen. Was Carlin jedoch Rätsel aufgibt ist, dass ihre Leiche fünf Minuten vor der Explosion ans Ufer gespült wurde. Bei seinen Nachforschungen trifft er auf die FBI-Agenten McCready und Pryzwarra, die ihm eine neue Technologie präsentieren: ein System, mit dem man in die Vergangenheit sehen kann. Mit deren Hilfe will man die Terroristen überführen, doch bald findet Carlin heraus, dass das nicht nur Aufzeichnungen der Vergangenheit sind, sondern dass das die Vergangenheit ist und man diese unter Umständen beeinflussen kann. Von nun beginnt ein Wettlauf gegen die Zeit, wenn er Claire und die Passagiere doch noch retten will.