Für einen Übungseinsatz der russischen Marine werden nur die besten Männer an Bord des U-Bootes K-141 Kursk geholt. Trotz vorübergehender Trennung von seiner schwangeren Frau Tanya und seinem Kind übernimmt der Marineoffizier Mikhail Averin (Matthias Schoenaerts) die ehrenvolle Rolle des Kapitäns.

Gemeinsam mit einer Mannschaft von fast 120 Männern sticht er im August 2000 in See. Als das von einem Nuklearreaktor angetriebene Schiff überraschend von zwei Explosionen erschüttert wird, sinkt es in die Tiefe. Für die überlebenden Besatzungsmitglieder, darunter Kalekov, beginnt ein Kampf im Wettlauf gegen die Zeit. Während die russische Regierung behauptet, die Situation unter Kontrolle zu haben, fordern die Angehörigen der Seefahrer eine internationale Rettungsaktion.