ロシア・クレムリン爆破事件の犯行容疑がかけられたイーサン・ハント。アメリカ大統領は政府の関与への疑いを避けるべく、ゴースト・プロトコルを発令。イーサンと仲間は組織から登録を消されるも、新たなミッションを言い渡される。真犯人への接近を図るイーサンは、世界一の高層ビル、ブルジュ・ハリファの高層階へ外部からの侵入にチャレンジする。

セルジオ島にイカの怪物ゲゾラが出現した。カメラマンの工藤は、アジア開発の宣伝部員アヤ子と生物学者の宮、自称風俗研究家の小畑と共に島に向かう。宮と工藤が調査のため海中に潜った時、突然周囲が青光り、海底が吹き上がるとゲゾラがおそってきた。アヤ子からゲゾラがかがり火に慌てたことを聞いた二人は、島民と協力しゲゾラをガソリンで撃退した。しかし、その他以内から這い出たアメーバ状の物体が、カニの化け物ガニメとなって再び工藤たちに襲い掛かった。さらに新たに巨大ガメ・ガメーバも現れた。南海を舞台に、大怪獣の決戦が始まった！

ボンドは北朝鮮側の非武装地帯にある基地で、アフリカから不正輸出されたダイヤモンドと引き換えに武器の密輸を行なっていたムーン大佐抹殺の任務を遂行した直後、彼の父であるムーン将軍に捕らわれ、長きに渡る監禁・拷問を受ける。 14ヶ月後、中華人民共和国の諜報員3名を殺害したのち、逮捕されたムーン大佐の側近のザオとの捕虜交換が行われ、ようやくMのもとに戻れたボンドは思いがけない言葉を耳にする。それは00（ダブルオー）ナンバーの剥奪だった。1週間前に北朝鮮内部に潜り込んでいたアメリカの工作員が処刑され、ボンドが居た収容所から情報が発信された事から、北朝鮮での拷問でボンドが機密事項を洩らしたのが原因だと疑うアメリカはこれ以上の情報漏れを恐れザオとの交換でボンドを連れ戻したのだという。ボンドを疑うMは、ボンドの00ナンバー剥奪という決断に至ったのだ。 この結果に納得のいかないボンドは、自らのプライドと00ナンバーを取り戻すべく単身でMたちのもとから脱出。香港を拠点に活動する中国の諜報員ミスター・チャンの協力のもと、ザオがキューバに潜伏中との情報をつかみ、キューバに飛ぶ。そこでアメリカ国家安全保障局（NSA）の諜報員ジンクスと遭遇する。

CIAは監視システムおよび粒子ビーム砲搭載の人工衛星「グレイザー1」を極秘裏に開発していた。そして打ち上げに成功し一同は安堵するが、その場にいるはずの設計者のトラヴィス・デイン博士の姿はなかった。人格に問題ありとみなされた彼は打ち上げを前に解雇され、それを苦に自殺したのだ。 一方、海軍を退役し、レストランのオーナーシェフとなっていたケイシー・ライバックは、疎遠になっていた姪のサラとの仲を修復するために北アメリカ大陸を横断する豪華列車の旅行を計画し、駅構内に来ていた。父親を亡くしたばかりのサラと久々の再会をするも、打ち解けずにそのまま列車に乗車する。列車には、二人の他にも「グレイザー1」を打ち上げたスタッフが乗車していた。列車は走り始め、しばらく平穏な旅が続いていたが、突如ハイテク機器を装備した数十人のテロリストに列車ごと占拠されてしまう。