美国深海勘查潜艇“赛任1号”在一次例行使命中失事，当局指令潜艇设计师（主人公）组织一支由军人和各类科学家构成的小队，乘坐另一艘同型潜艇“赛任2号”下海救援“赛任1号”，成员里边有两个女性，其中一个是潜艇设计师的前妻。
　　查找的线索是“赛任1号”上面的一只“黑匣子”。救援队据此潜航到一个非常荫蔽的海沟。途中这艘黄色潜艇被一个巨大的白色不明物体包裹住，艇长用电击法驱走这个怪物。三名潜水员出艇勘查，发现这儿的海藻产生过变异，大得出奇。一名潜水员遭隐藏在海藻林间的异形生物突袭而亡，另两名生还者采集了一些变异的海藻后回来潜艇。
　　潜艇为了躲避变异生物的突击，进入了海沟内部探险，结果发现海沟最底部有一个巨大空泛，潜艇浮出水面，艇员们穿着如同宇航服的特种防护衣进入这个幽静的窟窿，发现内部竟然有人工开凿的痕迹，里边到处都是变异生物，有的相似巨型蜜蜂，有的相似海蛇和恐龙的杂交体，并且一切的生物身上都带有剧毒。
　　队员们在留守在潜艇中的通讯指挥员的指示下不断深入，寻觅丢失的黑匣子。然而当他们在洞内巡视时，一头异形怪物穿破一名队员的保护罩，进入他的体内，队员们被逼将其击毙。
　　一起，潜艇上的变异海藻入侵了潜艇上的饮水体系，接触海藻或者饮用了被海藻污染的水，都会被腐蚀逐渐变为海藻的饲料，一个杂役兵因此感染而死。
　　队员们划着橡皮筏回来潜艇途中，又被水中的异形逐一消灭。
　　潜艇设计师和两个女队员以及一个男科学家继续在洞中考察。他们发现了一个实验室，在一具干尸面前的电脑上查到了一切的秘密，原来这个海沟是美国政府遗弃的一个研究生物武器的秘密基地，科学家经过生物基因杂交出产出了大量的生物武器，但是不知是何原因实验产生事故，一切的科学家被那些生物杀死，无一幸免。
　　他们企图炸毁实验基地，不料在一个基因交流室遇到了最可怕的怪物------一个竖挂在墙壁上的多脚海星。在大家用步枪反抗这个海星的时候，一个男科学家被海星巨大的触手卷走，一个女队员则被海星吸进口中……
　　使命结束，旧情鸳鸯回到潜艇上，却被一向呆在潜艇中的通讯指挥员截住并吐露实情：其实底子不存在什么黑匣子，这次举动的真实目的便是取回生物实验的那张材料光盘，所以他才一步步引导队员们接近那个嗜血实验室，并且第一批回来的队员们有两人本来可以免受异形攻击的，也是他从中作怪将舱门反锁，让那两个队员活活的被异形拉进水中……
　　通讯指挥员完成了自己的全盘计划，把幸存的三人：旧情鸳鸯和艇长关在寄生着变异海藻的船舱内，幸而潜艇设计师把那张要命的光盘留在手中，提出和通讯指挥员协作，将其骗入船舱并被海藻感染而死。
　　正当幸存者逃离危险之地时，却发现艇长没有跟从他们一起进入逃生舱，艇长告诉他们，方才制服通讯指挥员时他不小心被海藻感染了，决议牺牲自己消灭这个秘密基地。
　　最终，那对夫妻带着光盘乘逃生舱逃离了恐惧深渊，回到陆地上揭穿政府的阴谋，而艇长则启动了潜艇的自毁体系，炸毁了海沟的出口，将那些变异生物永远封闭在海底深渊之中。