In der Zeit des Kalten Krieges hat ein russisches Atom-U-Boot vor der US-Küste eine Panne. Eine Explosion würde ein zu Hilfe geeiltes amerikanisches Schiff zerstören und den 3. Weltkrieg auslösen.

1961: Mitten im Kalten Krieg lässt Russland das neue Atom-U-Boot "K-19" zu Wasser, um zur nuklearen Abschreckung im arktischen Eis den Abschuss einer Rakete zu testen und damit den USA die militärische Stärke Russlands zu demonstrieren. Noch vor der Abreise bemerkt die Besatzung, dass das U-Boot mehrere Mängel aufweist. Doch nicht nur das sorgt für Spannungen in der jungen Mannschaft. Hinzu kommt, dass Kapitän Polenin aufgrund einer misslungenen Übung degradiert und durch seinen Nachfolger Vostrikov ersetzt wird. Der ist mit seiner autoritären und ehrgeizigen Art bei der Mannschaft unbeliebt. So sorgen die persönlichen Konflikte zwischen Vostrikov und Polenin zusätzlich für eine angespannte Atmosphäre. Erst als die Besatzung den Befehl erhält, die Atomrakete zu testen, und der Test erfolgreich verläuft, bekommt Kapitän Vostrikov Anerkennung von den Matrosen. Doch schon bald darauf droht die Situation erneut zu kippen: Das Kühlsystem des Kernreaktors hat ein Leck. Wenn es nicht sofort repariert wird, brennt der Reaktor durch. Bei der Reparatur werden die Männer verstrahlt. Die Mannschaft befürchtet eine nukleare Katastrophe - und auch das zu Hilfe gekommene US-amerikanische Schiff würde bei einer Kernexplosion zerstört, was den Ausbruch des Dritten Weltkriegs bedeuten würde. Der Film beruht auf einer wahren Begebenheit, dem lange geheim gehaltenen Vorfall auf dem sowjetischen Atom-U-Boot "K-19", und versucht die politischen Systeme in Ost und West kritisch zu hinterfragen.

Obwohl "K-19 - Showdown in der Tiefe" auf wahren Begebenheiten beruht, entspricht Kathryn Bigelows Film nicht ganz der Realität. Manche Details, wie etwa die Temperatur des Reaktorkerns, die im Film 1.000 Grad Celsius beträgt und in Wirklichkeit 800 Grad Celsius betrug, dramatisieren das Geschehen zusätzlich. 2003 wurde der Film von der US-amerikanischen Political Film Society für den PFS Award in den Kategorien "Exposé" und "Peace" nominiert.