JAMSTEC (海洋研究開発機構) で、有人潜水調査船「しんかい6500 (6K)」の運航チームに所属する天谷深雪 (有村架純) は、6Kのパイロットになることを夢見ていた。父･厚志 (時任三郎) もパイロット兼研究者だったが、志半ばで病死。深雪は、幼少期に父が話してくれた“深海の宇宙”を探索することを目標に、日々業務にいそしんでいた。そんなある日、深雪は6Kに搭乗するチャンスをつかむ。しかし潜航直前、深雪は父のロッカーの中から1本のテープを見つける。そこには、未知なる巨大な物体や深海に取り残されたパイロットたちの恐怖の映像であった。そこには父の最期の姿も映っていた。美しき深海とは程遠い、衝撃的な映像を目にした深雪は、激しい恐怖に襲われる。果たして彼女は、暗黒の深海から無事に帰還できるのか。