Unter dem Kommando von Kapitän Alexi Vostrikov durchpflügt das Atom-U-Boot K-19 im Jahr 1961 den Nordatlantik auf seiner Jungfernfahrt, als es zu einer bedrohlichen Fehlfunktion im Nuklearkern des Schiffes kommt. Von da an kämpfen Offizieren und Crew an zwei Fronten gleichzeitig: einerseits, die mögliche nukleare Verseuchung zu verhindern und andererseits den Unfall vor den Amerikanern geheimzuhalten, da bei der angespannten politischen Weltlage sonst u.U. ein Weltkrieg drohen würde. Ein Wettlauf gegen die Zeit beginnt.