En 1961, durant la guerre froide, le K-19, sous-marin nucléaire le plus perfectionné de l'Union soviétique, fait la fierté des dirigeants russes, qui voient en lui leur arme la plus dissuasive contre une éventuelle attaque des États-Unis. Bien que pour son capitaine Mikhail Polenin (Liam Neeson), le K-19 ne soit pas encore opérationnel, un voyage inaugural est ordonné afin de tester son efficacité. Pour plus de sûreté, Polenin est placé sous les ordres de l'impitoyable Capitaine Vostrikov (Harrison Ford), ce qui n'est pas du goût de ses hommes...
