"K-19" to film oparty na autentycznej historii pierwszej radzieckiej podwodnej łodzi nuklearnej.

Jest 1961 rok, apogeum zimnej wojny. Okręt K-19 jest dumą radzieckiej floty. Władze na Kremlu chcą za wszelką cenę pokazać potęgę swojej nowej cennej zabawki. I choć K-19 nie jest jeszcze w pełni gotów do żeglugi, władze ZSRR by zademonstrować siłę, doprowadzają do wypłynięcia okrętu w rejs patrolowy (prawdziwym celem misji jest udowodnienie amerykańskiemu rządowi, że ZSRR dysponuje wyposażeniem porównywalnym do wyposażenia marynarki USA).

Dowódca okrętu, kapitan Michaił Polenin (Liam Neeson) jest przeciwny tej decyzji. Na łodzi brakuje części wyposażenia, niektóre "nowe" części okrętu działają wadliwie, a pechu dopełnia śmierć okrętowego lekarza. Po sprzeciwach dotychczasowego kapitana Kreml zarządza, aby dowództwo nad załogą przejął doświadczony kapitan Aleksiej Vostrikov (Harrison Ford). Nie wszystkim podoba się nowy kapitan. 4 czerwca 1961 roku, kiedy radziecka łódź podwodna dopływa do wód północnego Atlantyku, załoga odkrywa, że w reaktorze popsuł się system chłodzący. Przeciek może spowodować przegrzanie reaktora. Ewentualny wybuch doprowadzi nie tylko do zniszczenia łodzi, ale też może spowodować wybuch wojny nuklearnej.

Oba supermocarstwa ZSRR i USA dysponują w tym czasie taką ilością broni jądrowej, która mogłaby zniszczyć wielokrotnie kulę ziemską. Kapitan Vostrikov, biurokrata i zatwardziały komunista, zarządza próbę naprawy okrętu. Polenin próbuje doprowadzić do buntu załogi. Konflikt między oboma kapitanami narasta do czasu, kiedy okazuje się, że Kreml raczej nie jest zainteresowany naprawą okrętu. Vostrikov i Polenin muszą zatem zjednoczyć siły, by zapobiec katastrofie...