국가수송안전위원회의 조사관 존 세거(John Seger: 롭 로우 분)는 재혼한 부인 매건(Megan Seger: 크리스틴 데이비스 분)과 그녀의 아들 첸스(Chance MacKenzie: 숀 스미스 분), 전부인과의 딸 그레이스(Grace Seger: 메나 수바리 분)와 덴버에서 단란하게 살고 있다. 한 폐기물 전문 회사에서 러시아산 밀수 핵폭탄을 몰래 폐기하려고 덴버로 향하는 화물 열차에 몰래 적재한다. 핵폭탄을 실은 열차는 브레이크 고장을 일으키게 되는데...존은 기차를 세우기 위해 헬기에 타고 후발 열차에 뛰어내린 후 가까스로 핵폭탄 열차를 따라잡게 된다. 미 당국에서는 이 폭탄열차를 정지시키려고 인공 모래언덕을 만드는 등 모든 방법을 강구하지만 소용없게 되자 이 열차를 탈선시킬 계획을 세운다. 하지만 때마침 이 폐기물 전문 회사의 양심적인 직원이 핵폭탄에 대해 제보함으로 핵폭발의 위험성 때문에 탈선 계획은 취소되고 덴버시는 핵폭발의 공포에 휩싸인다. 어떻게든 열차를 세워보려던 존의 노력은 수포로 돌아가고 폭탄 열차는 결국 산과 충돌하면서 탈선하는데...