美國深海勘查潛艇「賽任1號」在一次例行任務中失事，當局命令潛艇設計師（主人公）組織一支由軍人和各類科學家構成的小隊，乘坐另一艘同型潛艇「賽任2號」下海救援「賽任1號」，成員裡面有兩個女性，其中一個是潛艇設計師的前妻。
搜索的線索是「賽任1號」上面的一隻「黑匣子」。救援隊據此潛航到一個非常隱蔽的海溝。途中這艘黃色潛艇被一個巨大的白色不明物體包裹住，艇長用電擊法驅走這個怪物。三名潛水員出艇勘查，發現這裡的海藻發生過變異，大得出奇。一名潛水員遭隱藏在海藻林間的異形生物突襲而亡，另兩名生還者採集了一些變異的海藻後返回潛艇。
潛艇爲了躲避變異生物的襲擊，進入了海溝內部探險，結果發現海溝最底部有一個巨大空洞，潛艇浮出水面，艇員們穿著如同太空衣的特種防護衣進入這個幽深的洞穴，發現內部竟然有人工開鑿的痕跡，裡面到處都是變異生物，有的類似巨型蜜蜂，有的類似海蛇和恐龍的雜交體，並且所有的生物身上都帶有劇毒。
隊員們在留守在潛艇中的通訊指揮員的指示下不斷深入，尋找遺失的黑匣子。然而當他們在洞內巡視時，一頭異形怪物穿破一名隊員的保護罩，進入他的體內，隊員們被迫將其擊斃。
同時，潛艇上的變異海藻入侵了潛艇上的飲水系統，接觸海藻或者飲用了被海藻汙染的水，都會被侵蝕逐漸變爲海藻的飼料，一個雜役兵因此感染而死。
隊員們劃著橡皮筏返回潛艇途中，又被水中的異形逐個消滅。
潛艇設計師和兩個女隊員以及一個男科學家繼續在洞中考察。他們發現了一個實驗室，在一具乾屍面前的電腦上查到了所有的祕密，原來這個海溝是美國政府遺棄的一個研究生物武器的祕密基地，科學家通過生物基因雜交生產出了大量的生物武器，但是不知是何原因試驗發生事故，所有的科學家被那些生物殺死，無一倖免。
他們試圖炸毀試驗基地，不料在一個基因交換室遇到了最可怕的怪物------一個豎掛在牆壁上的多腳海星。在大家用步槍抵抗這個海星的時候，一個男科學家被海星巨大的觸手捲走，一個女隊員則被海星吸進口中……
任務結束，舊情鴛鴦回到潛艇上，卻被一直呆在潛艇中的通訊指揮員截住並吐露實情：其實根本不存在什麼黑匣子，這次行動的真正目的就是取回生物試驗的那張資料光碟，所以他才一步步引導隊員們接近那個嗜血實驗室，而且第一批返回的隊員們有兩人本來可以免受異形攻擊的，也是他從中作祟將艙門反鎖，讓那兩個隊員活活的被異形拉進水中……
通訊指揮員實現了自己的全盤計劃，把倖存的三人：舊情鴛鴦和艇長關在寄生著變異海藻的船艙內，幸而潛艇設計師把那張要命的光碟留在手中，提出和通訊指揮員合作，將其騙入船艙並被海藻感染而死。
正當倖存者逃離危險之地時，卻發現艇長沒有跟隨他們一起進入逃生艙，艇長告訴他們，剛才制服通訊指揮員時他不小心被海藻感染了，決定犧牲自己毀滅這個祕密基地。
最後，那對夫妻帶著光碟乘逃生艙逃離了恐怖深淵，回到陸地上揭露政府的陰謀，而艇長則啓動了潛艇的自毀系統，炸毀了海溝的出口，將那些變異生物永遠封閉在海底深淵之中。