Die Barentssee im August 2000: Das russische Atom-U-Boot Kursk nimmt gemeinsam mit einer Reihe von anderen Schiffen an einem Manöver im eiskalten Wasser des Randmeers teil. Als ein Torpedo an Bord explodiert, wird die Kursk beinahe komplett zerstört und ein Großteil der Besatzung getötet. Das U-Boot sinkt an den Boden der Barentssee und die wenigen überlebenden Männer um Kapitänleutnant Mikhail Averin (Matthias Schoenaerts) kämpfen verzweifelt um ihr Überleben. Sie versuchen, durch Klopfsignale mit der russischen Marine Kontakt aufzunehmen und werden auch tatsächlich erhört, doch die marode russische Flotte ist nicht der Lage, eine Rettungsmission zu starten. Der britische Commodore David Russell (Colin Firth) möchte helfen, doch Admiral Gruzinsky (Peter Simonischek) wird von seinen Vorgesetzen gezwungen, die Hilfe der NATO auszuschlagen. Während die Lage an Bord immer ernster wird, versuchen Averins Ehefrau Tanya (Léa Seydoux) und andere Angehörige verzweifelt, Informationen über das Schicksal der Besatzung zu erhalten…