罗马,夏日,一队穿梭其中的游客。这座美得令人窒息的古老城池,正以一种神秘而冷艳的姿态诱惑着他们,让人心甘情愿地被这份精致得令人绝望的美丽所俘获,沉醉其中。然而在捷普·甘巴尔代拉(托尼·瑟维洛 Toni Servillo 饰)眼中,罗马却是一座寂寞之都。65岁的捷普是一名成功记者,风度翩翩、魅力十足。年轻时代撰写的一本文学作品让他在早年就名利双收。他辗转在各样肆意妄为的奢靡与觥筹交错的社交之中,用一双冷酷到几近麻木的双眼,目睹这座绝美之城背后的空虚与隐秘。当女高音的咏叹调再次响起,游走在平民生活与上层社会之间的捷普,开始重拾那些逝去的青春记忆,只有罗马之城仍依旧着她的冷漠与华美,不曾改变。
资深特工伊森·亨特(汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰)也有百密一疏时刻,他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织,此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特(丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰)的帮助下,伊森逃出生天,并及时向威廉•布莱德(杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰)汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过,他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时,伊森联系上了老搭档班吉·邓恩(西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰)展开行动,并于谜样女郎伊莎再度相会。
被恶德男友强迫帮人送货的年轻女子露西(斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰),遭遇了穷凶恶极的黑帮头目张先生(崔岷植 饰)一伙。她连同三个男人被张先生在腹部缝入了代号为CPH4的神秘药品,以此将药品偷偷带入不同国家。在台北盘桓期间,露西遭到恶男暴打,以致药品破裂进入血液之中。谁知令人难以置信的事情就此发生,药品激发了露西大脑的潜力,令人脑中约90%的神经元相继苏醒。伴随着身体的飞快进化,露西掌握了越来越多人们所谓的超能力。她清楚地了解到CPH4所拥有的强大威力,于是想方设法要阻止其他三袋药品落入张先生一伙手中。