前海军医生彼得·克兰接到一项紧急召唤，赶赴大西洋上的一个遥远的石油钻井平台，参与对那里流行的一种怪病的诊断和调查。可当克兰到达那里之后，才得知真正的疫情来自于幽深水下的名为“深海风暴”的尖端科学研究站，这个研究站建在两英里深水下的海床上，属于美国军方所有。建造这个绝密的研究机构的目的是：对最新发现的远古遗址进行发掘，以找到神秘莫测的亚特兰蒂斯文明存在的证据。

在宣誓保守秘密之后，克兰医生进入了“深海风暴”研究站。此时的研究站正受到一连串怪病的袭扰，在这里的科研人员和工人们中间，发生了一系列的怪病——从简单的疲劳症一直到严重的精神疾患都有。信心十足的克兰满以为自己能够顺利地开展疫情调查工作，可从一开始他就发觉障碍不断，研究站上无处不在的保密氛围使他难以施展手脚，军方情报官员的干扰和掣肘更是使他怒不可遏……

孤立无援的克兰只好把他的疑问和烦恼向他的引路人——研究站首席科学家霍华德？阿舍诉说和求助，然而阿舍也有自己的苦衷。一次偶然的科学实验推翻了人们对海底遗址是亚特兰蒂斯文明的美好期盼，进一步的调查加上发掘工作中发生的严重事故，又使阿舍从发掘工程的鼓吹者变成了一个理性的怀疑论者。但是军方却一意孤行，他的建议遭到了研究站军方领导斯巴达上将的拒绝。无奈之下，阿舍开始了自己对海底之谜的孤独调查。

与此同时，隐藏在研究站上的破坏分子，在破坏研究站的尝试未能得逞之后，又把目标对准了霍华得？阿舍。阿舍刚刚破译出海底的神秘信号，破坏分子就暗杀了他。

阿舍的死让克兰万念俱灰，尽管在阿舍获得成功的同时，克兰也破解出了研究站上神秘怪病的病因，但他发现自己现在的处境却更加艰难。关键时刻，研究站上的华裔女学者平慧成了克兰唯一可信赖的朋友和得力的帮手。

满脑子“中国威胁论”的海军情报军官科罗利斯中校，无端地把破坏分子的嫌疑栽在了平慧的头上。为弄清阿舍的发现，把研究站从巨大的危险中拯救出来，克兰帮助平慧躲藏起来，并最终还原出了阿舍以生命为代价换来的破译内容。但是他们却不知道，灭顶之灾正向“深海风暴”研究站悄然袭来……