Em 1961, Alexi Vostrikov (Harrison Ford) precisa comandar a equipe do submarino K-19 em uma delicada operação nuclear, causada pelo fato do sistema de refrigeração do próprio K-19 ter deixado de funcionar repentinamente. Sem condições de se comunicar com outras embarcações russas, já que o rádio deixara de funcionar, Vostrikov e o capitão Mikhail Polenin (Liam Neeson) precisam deixar suas diferenças de lado para salvar a tripulação do submarino e, ao mesmo tempo, evitar que um desastre nuclear aconteça e possa causar a 3ª Guerra Mundial.