特工伊森·亨特在成功執行任務后,升職成為特工小組組長(前情介紹請看“特工隊長”2024年1月的《碟中諜1》)。好不容易得到空閑,伊森偷偷獨自跑去攀巖,卻依然被中央情報局找到并指派了一項絕密任務。
伊森拿到了一副高科技數碼眼鏡,戴上后眼前顯示出了任務說明,原來是要他去尋回一個裝著“喀邁拉”病毒和解藥的公文包。“喀邁拉”是希臘神話中一種長有羊、獅、龍3個頭,前半截為獅子身,后半截為羊身,還長著龍翼的噴火怪獸,這一形象暗示該病毒是由多種基因嵌合而成的。該病毒的毒性非常強烈,人感染后若20小時內不注射解藥,必死無疑。
研發該病毒的內霍維奇教授備受良心譴責,不想讓這種病毒落入壞人手中危害世界,于是他帶著病毒及解藥逃出實驗室,同時向美國中情局求助,還特別指定由伊森前來保護自己。
沒想到,一個假扮為“伊森”的反派特工聞訊前來,在飛機上見到內霍維奇教授后,接管了裝著病毒及解藥的公文包,然后將內霍維奇教授謀害,還制造了飛機墜毀事件以掩蓋自己的行蹤。
伊森獲知此事后十分憤怒,從來都是他易容成別人來完成任務,這次卻被別人冒名頂替,這還得了!伊森立即召集組員,包括在《碟中諜1》中出現過的黑客路德、直升機駕駛員比利。他還計劃招募一名手段高超的女竊賊奈雅,想讓她幫助自己竊回病毒。此時的奈雅正在西班牙,伊森立刻趕赴西班牙城市塞維爾,在某富豪家中見到了奈雅。奈雅正準備竊取富豪保險柜里的項鏈,經過伊森的勸說,奈雅放棄偷項鏈轉而跟隨伊森去偷病毒。
伊森先去找上司斯萬貝克了解詳細情況,得知派去接洽內霍維奇教授的是中情局特工肖恩·安布羅斯,就是這個肖恩叛變,帶走了病毒及解藥并制造了飛機失事事件。斯萬貝克還告訴伊森,奈雅和肖恩原來是情侶。伊森立刻想出利用奈雅去套出肖恩的情報的計策。
不忘舊情的肖恩找到了奈雅,奈雅將計就計打入肖恩團伙內部,試圖找出關于病毒和解藥的情報。肖恩見奈雅加入自己的團伙,又得知“喀邁拉”病毒已有買家愿出高價購買,內心興奮不已。但是他的下屬休斯·斯塔姆壓根不信任奈雅,認為奈雅另有企圖。自負的肖恩不以為意,但還是安排修斯暗中監視奈雅。
在肖恩與買家約翰·麥克洛伊接頭時,奈雅暗中調查,發現原來約翰就是內霍維奇教授的上司,他的目的是要拿回被偷走的病毒和解藥。奈雅將情報傳遞給了伊森。可是,肖恩發現了奈雅不對勁,于是易容成伊森接近奈雅,經過一番試探,奈雅誤將自己的臥底意圖和盤托出。
另一邊,伊森偽裝成內霍維奇教授去見約翰。約翰見到死去的教授竟然出現在自己面前,大驚失色,不由得吐露了實情。原來,教授拿走病毒與解藥時,將病毒注射到自己身體里,公文包中只有解藥。約翰的藥廠中還有病毒,但是解藥沒有了,因此他希望從肖恩那里買到解藥。
得知真相后,伊森計劃殺入藥廠里將所有病毒全部銷毀,而肖恩也計劃著要進入藥廠奪取病毒。
伊森順利進入藥廠,擊敗約翰的手下,逐一銷毀裝有病毒的注射針。但正當他準備銷毀最后一針“喀邁拉”病毒時,肖恩殺了進來,與伊森展開了驚險的打斗。
肖恩敵不過伊森,干脆將奈雅推到前面,威逼奈雅去搶奪病毒注射針。奈雅不愿助紂為虐,毅然將病毒注射到自己身體里面,還要求伊森殺死自己,從而徹底銷毀病毒。伊森不忍下手,承諾要打敗肖恩,搶到解藥來救奈雅。
然而,此時伊森的武器彈藥已經耗光,只好暫時撤離。經過簡單整裝之后,伊森潛入肖恩的基地,準備營救奈雅。此時的肖恩正在和約翰熱火朝天地聊生意,肖恩想要獲取約翰藥廠的股份,由兩人一同從奈雅體內提取出病毒,再用病毒感染其他人,之后售賣解藥牟取暴利。
伊森利用自己高超的特工技巧,將解藥偷到手,之后逃出基地。此時,黑客路德發覺奈雅已經逃到懸崖邊準備跳海自盡,路德立即與比利駕駛直升機救下了奈雅。
氣急敗壞的肖恩追擊伊森,想要殺死他泄憤。經過一番驚險刺激的追逐打斗,伊森終于擊斃了肖恩,完成了看似不可能完成的任務。
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以上是美國動作電影《碟中諜2》的劇情。該系列電影又名《不可能完成的任務》。《碟中諜2》于2000年上映,由多位知名影星出演。