Події розгортаються під час холодної війни у 1961 році. Командує підводним човном К-19 капітан Олексій Востріков, а його виконавчий офіцер - капітан Михайло Полєнін. Екіпаж має завдання провести ракетні випробування в північній частині Атлантичного океану. Однак під час випробування стається катастрофічна аварія. Система охолодження реактора виходить з ладу, що призводить до потенційного розплавлення ядерного палива, яке може спричинити потужний вибух. Екіпаж стикається з безпосередньою загрозою радіаційного отруєння та знищення підводного човна.
Капітан Востріков бере на себе відповідальність за ситуацію і приймає складне рішення здійснити небезпечний ремонт, щоб запобігти ядерній катастрофі. Екіпаж, який спочатку вагається і не має належного обладнання для безпеки, повинен подолати свої страхи і працювати разом, щоб полагодити реактор, поки не стало надто пізно.