En juin 1961, en pleine Guerre Froide, dans les eaux de l'Atlantique nord, En 1961, au plus fort de la Guerre froide, le capitaine Alexei Vostrikov est appelé à prendre le commandement du sous-marin nucléaire «K-19» après avoir relevé de ses fonctions le capitaine Mikhail Polenin, jugé trop laxiste par Moscou. Membre éminent de la Nomenklatura, réputé pour son intransigeance, Vostrikov a pour mission de préparer au plus vite le submersible pour son voyage inaugural. Mais il découvre que le système de refroidissement du réacteur principal est défaillant. A son bord, des ogives et un moteur à propulsion atomique menacent d'exploser.