美国核潜艇蒙坦娜号在加勒比海深水中秘密跟踪一个水下航速极快的不明物体。当潜艇接近该物体时，所有设备突然失灵，随后被卷入强大乱流，不久设备又恢复正常。此时声纳探测仪显示前方是深不见底的海底断崖，潜艇撞上断崖后，指挥官释放求救浮球，潜艇沉入深渊。 海军军方收到求救信号，派直升机前往出事海域附近的石油勘探船探险者号。深海之心号钻台工长巴德（埃德·哈里斯 饰）接到电话，军方和石油公司负责人要求钻台人员配合营救核潜艇。军方派出科菲中尉率领的抢救组，以及巴德的妻子、石油公司女工程师琳西（玛丽·伊丽莎白·马斯特兰托尼奥 饰）来到水下钻台。巴德与琳西关系不和，见面就争吵。 琳西与巴德等人驾驶工程潜艇找到失事核潜艇，科菲和巴德带人进入潜艇，里面灌满海水，到处飘着官兵尸体，这让潜水员贾默惊慌失措。巴德让贾默原地等待，自己继续搜索。巴德离开后，水下出现奇特物体，贾默被吓得撞在舱门上，还不小心调大了供氧器的氧气气量调节阀，巴德和科菲及时救出呛昏的贾默。与此同时，琳西在核潜艇外也遭遇奇特物体，物体离开后，艇内动力恢复。 抢险队回到深海之心钻台，琳西和巴德就奇特物体的来历争执不下，科菲认为是苏联人的阴谋，琳西不以为然并汇报给海面上的军官，军官也觉得不像苏联人所为。这时，科菲擅自前往失事核潜艇，拆下一枚核弹头运回深海之心。 海面上气候恶劣，狂风巨浪使探索者号上的起重机倒塌，铁臂坠入海中砸向深海之心号，虽未直接命中，但钻台受损进水，死伤数人。探索者号因风浪太大开走，钻台人员只能自行修复。琳西独自潜水补修钻台时，电力中断，再次遭遇蓝色神秘怪物，之后又有明亮物体伸出触手与她互动。琳西回钻台冲洗照片，认为是某种非人类的智能生物。 科菲惊恐不已，和手下拆开核弹头，准备与他认定的苏联特工部队决战。琳西劝阻无果，此时科菲精神似乎失常。夜晚，科菲扣押巴德、琳西等人，独自驾驶装载核弹头的工程艇潜出钻台。巴德等人追上科菲，双方在海下展开生死搏斗，科菲的潜艇被撞破，核弹头一同沉入深渊。琳西的潜艇也被撞破，巴德救她回钻台。 巴德换上深水抗压潜水服下潜到深渊，找到核弹头并拆下引信。就在他氧气耗尽、生命垂危时，奇特物体出现，带他来到外星人基地，挽救了他的性命。最后，海面上风平浪静，探索者号回来寻找深海之心，海底浮上巨大物体，外星人基地带着巴德将深海之心和探索者号托出海面。