日本神秘核武器失窃，同时携带机密文件的飞机在俄罗斯领空坠毁。日本方面得知，一位名为“幽灵”的危险人物（田村正造 饰）与他的帮手“邮差”（山田美优 饰）计划在东京进行秘密武器交易，日本武器专家津田健太（山田裕介 饰）和特工森川直人（山田翔太 饰）奉命前往调查。东京反恐特勤组主管鹿岛阳介（竹内结子 饰）和检察官森山信行（阿部寛 饰）与日本方面合作找寻武器，同时核物理学教授井上耕一（松山研一 饰）也受邀参与破案。武器很快被找回，但却发现隐藏的潜在威胁。就在日本和俄罗斯决定将武器归还日本之际，美国情报机构高级官员（汤姆·克鲁斯 饰）及其助手袁小姐（安吉丽娜·朱莉 饰）突然现身，三方卷入了一场苦战，原来“幽灵”并非唯一人，他们的阴谋即将展开……