Am 10. August 2000 läuft das U-Boot K-141 "Kursk" zu einem Manöver der russischen Nordflotte in der Barentssee aus. An Bord befindet sich eine 118 Mann starke Besatzung. Am zweiten Tag der Übung kommt es durch die Explosion eines Torpedos an Bord zur Katastrophe. Die "Kursk" erleidet schwere Schäden und sinkt auf den Meeresboden. Nur 23 Männer überleben und können sich in einen sicheren Abschnitt des U-Boots retten, darunter Kapitänleutnant Mikhail Averin (Matthias Schoenaerts). Durch Klopfen machen sie in 108 Metern Tiefe auf sich aufmerksam. Die russische Marine startet eine Rettungsmission, doch die Andockversuche des Tauchboots schlagen fehl. Aus Prestigegründen und Angst vor Spionage verweigert die russische Regierung zunächst jede internationale Hilfe. Auch die Angehörigen werden lange im Unklaren über das Ausmaß der Katastrophe gelassen. Die Frauen, unter ihnen Tanya (Léa Seydoux), Ehefrau von Offizier Averin, fordern verzweifelt Aufklärung und vor allem Rettung, doch vergeblich. Ein britischer Commodore (Colin Firth) bietet dem russischen Admiral (Peter Simonischek) persönlich seine Unterstützung an. Doch die Russen bleiben stur. Und für die Überlebenden läuft die Zeit.