Amado y de confianza para sus hombres, respetado como el capitán de submarinos con mayor experiencia de la Marina soviética, el Capitán Mikhail Polenin (Neeson) es destituido del mando del K-19 cuando el liderazgo soviético decide que no está preparando su submarino insignia lo suficientemente rápido para su primer travesía. En su lugar, el Capitán Alexei Vostrikov (Ford) del emplazamiento naval, un oficial estrictamente "orientado a la misión" y con una voluntad de hierro consigue sacar el K-19 al mar exactamente a las 16:00 horas del día 18 de Junio de 1961 programadas.

Polenin, debido a su conocimiento técnico del submarino, permanece a bordo como segundo comandante de Vostrikov y entre los dos surgen continuos enfrentamientos. Tienen, sin embrago, una cosa en común: Ambos dedican su vida a la Marina y al país al que sirven. Una vez en camino, Vostrikov pone a prueba al K-19 y a su tripulación hasta el máximo grado posible, dirigiéndolo instrucción tras instrucción, llevando al submarino y a sus hombres al borde, sumergiéndose a la máxima profundidad de inmersión, y aún más allá, casi fuera del fatal "límite de profundidad", unos 1.000 pies por debajo del mar.

Al menos las difíciles, agotadoras y complicadas pruebas en el mar terminan con el lanzamiento con éxito del misil de prueba. Es entonces, cuando se recibe una fatídica orden desde Moscú: el K-19 debe dirigirse en dirección oeste, pasando por las bases de la OTAN para tomar el puesto de patrulla de la Guerra Fría a sólo 400 kilómetros de distancia de la costa estadounidense...entre Washington, D.C., y Nueva York.

Ignorando que el submarino había quedado inutilizado, el inquebrantable Capitán Vostrikov obedece a su patria, dirigiendo al K-19 y a sus hombres en lo que podría haber sido su última travesía. El 4 de julio de 1961, con la misión de patrulla recién iniciada, ocurre un desastre de magnitud mundial: el sistema de ventilación del reactor del submarino sufre una fuga, y el núcleo del reactor comienza lentamente a calentarse cada vez más. Si alcanzaba luna temperatura de 1.000 grados, el reactor podría fundirse provocando catastróficos resultados. Herméticamente cerrado y con un intenso poder radiactivo, el abrir el compartimento del reactor, emitiría enormes cantidades de radiación a todo el barco. Pero era lo que se tenía que hacer, pero un estallido del reactor podría hacer estallar las cabezas de los misiles y, una explosión nuclear a tan poca distancia de las bases de la OTAN podrían desencadenar la Tercera Guerra Mundial.