Lange prognostiziert, setzen sie plötzlich innerhalb kürzester Zeit weltweit ein, gewaltige Naturereignisse, die eine neue Eiszeit einläuten: Hagelstürme in Tokio, Schneefälle in Indien, Tornados über Los Angeles. Endlich reagiert auch die Regierung und evakuiert alle US-Bürger der südlichen Staaten nach Mexiko, während man mangels Zeit alle anderen dem sicheren Kältetod überlässt. Einzig Klimaforscher Jack Hall kämpft sich durch Blitzeis und Schnee nach Norden, denn sein Sohn sitzt in der New Yorker Bibliothek fest.

Ethan Hunt hat sich zur Ruhe gesetzt und möchte mit der süßen Julia eine Familie gründen. Doch dann ruft man ihn zu einer allerletzten Mission. Hunts Kollegin Lindsey ist in die Fänge des gemeingefährlichen Psychopathen Owen Davian geraten. Die folgende interkontinentale Hatz führt den Superagenten über Berlin und den Vatikan bis ins fernöstliche Schanghai, wo es zum Showdown kommt. Dort muss Hunt seine inzwischen von Davian entführte Julia befreien und eine Zeitbombe, die unter seiner Schädeldecke tickt, deaktivieren.