Frankreich im zweiten Weltkrieg: Charlotte Gray hat ihren Geliebten bei einem Flugzeugabsturz wahrscheinlich verloren. Dennoch hat sie noch Hoffnung und lässt sich selbst zur Agentin ausbilden. In Frankreich schließt sie sich der Resistance an und verliebt sich in Julien.

Der russische Vorzeige-Kapitän Alexei Vostrikov übernimmt an Stelle von Skipper Mikhail Polenin auf Geheiß des Kreml das Kommando auf dem neuen Atom-U-Boot K-19. Unter Vostrikov muss die schlecht geschulte Mannschaft wenig später mit dem unausgereiften Schiff auslaufen. Und so kommt es schon auf der Jungfernfahrt zur Katastrophe, denn der Reaktorkern beginnt sich langsam aufzuheizen. Erreicht dieser 1000 Grad, käme es unweigerlich zum atomaren Störfall und somit wahrscheinlich auch zum Dritten Weltkrieg...