Действия фильма разворачиваются в самый разгар холодной войны. В начале 60-х годов прошлого столетия лучшие инженерные умы Советского Союза создают сверх своевременную атомную подводную лодку, несущую на борту ядерное оружие. Ее командиром назначают капитана Алексея Вострикова. Как опытный военный моряк, он решает проверить возможности нового судна, и заодно посмотреть, чего ожидать от подчинённых в экстремальных условиях.В самый разгар плавания происходит поломка, которая приводит к неисправности системы охлаждения реактора. Членам экипажа удаётся смонтировать резервное охлаждение, чем они предотвращают взрыв реактора. Однако в скором времени случается очередная утечка радиации, да и ко всему прочему из-за поломки лодка теряет связь с сушей. Впереди членов экипажа ждут очередные серьезные испытания, которые могут стоить им по меньшей мере здоровья, а может быть и даже жизни.