미소 냉전이 한창이던 1961년 소련은 소련 최초의 핵탄도 잠수함인 K-19을 완성한다. 이 잠수함은 'widowmaker(과부 제조기)'라는 별명이 붙을 정도로 제조 과정부터 많은 사람들의 희생이 뒤따른 고된 작업이었다. 드디어 K-19에도 첫 임무가 주어지고 사람들의 기대 속에 항해가 시작된다. 하지만 항해 도중 노르웨이 해안 근처 북해 한가운데에서 원자로 냉각기가 고장난다. 냉각기 고장은 원자로 폭발로 바로 이어질 만큼 치명적이다. 뿐만 아니라 그곳은 나토 기지와 불과 1마일 정도밖에 떨어지지 않은 곳이여서 만약 원자로가 폭발한다면 세계 3차 대전이 일어날 극한 상황에 놓이게 된다. 설상가상으로 K-19은 본국과의 연락마저 끊기게 되고 잠수함 함장인 알렉시 보스트리코브(해리슨 포드)와 부함장 미카일 폴레닌(리암 니슨)은 자신들에게 직면한 K-19과 세계의 위기를 어떻게든 극복하고자 하는데...