한반도 최초의 핵잠수함 \'유령\' - 한반도의 운명을 결정한다!
해군 엘리트 장교 이찬석(정우성 분)은 제14차 한미합동 훈련 중 자신의 상관이자 잠수함 장보고의 함장인 이태준을 살해한다. 군사 재판에서 사형을 언도받고 총살형에 당한다. 상처의 고통으로 눈을 뜬 찬석은 자신이 아직 죽지 않았음을 깨닫는다. 명찰 대신 202(최민수)라는 번호표를 단 장교는 찬석의 주민등록증과 가족사진을 태우고 병실을 나간다. 어딘지 알 수도 없는 그곳을 탈출하려던 찬석은 비밀도크에 도착하고 물 위로 경외롭게 부상해 있는 핵잠수함 한 척을 발견한다. 그때, 202가 나타나 죽음과 출항 중 하나를 선택하라는 말을 남긴다. 찬석은 그곳에서 탈출이 불가능함을 깨닫는다.
미사일 유니트로 배치된 찬석은 같은 유니트 432(설경구 분)로부터 핵잠수함 ‘유령’의 경과 보고를 받는다. 유령은 구 소련의 차관 대신 받아들인 시에라급 핵잠수함으로 일본의 핵잠수함 개발에 대응하는 조치이다. 잠수함 유령의 존재는 물론 승조원들까지 모두 일급비밀에 해당한다. 미국, 중국, 러시아, 일본 등 한반도를 둘러싼 열강들은 한국이 핵을 보유하는 것을 허락하지 않을 뿐 아니라 저지할 것이 분명하기 때문이다. 핵잠수함 유령의 승조원들은 모두 주민등록상에서 사망자로 처리된 사람들이다. 하지만 그들은 아직 죽지 못한 말 그대로 유령들이다. 이전의 기록들은 모두 말소되었으며, 함내에서 개인적인 것들은 언급하지 못할 뿐 아니라 이름조차 사용할 수 없다. 그들은 단지 번호로 불릴 뿐이다. 모든 것이 베일에 싸인 듯한 느낌 속에서 찬석은 대한민국 최초의 핵잠수함 유령의 출항을 준비한다. 함장은 이번 작전의 구체적인 사항을 장교들에게도 알리지 않는다. 쓰시마 해협을 눈 앞에 두고 함장은 본부와의 통신을 끊는다. 202의 날카로운 눈빛이 발하는 가운데, 수병들은 동요를 일으키고 함 내는 묘한 긴장감이 감돈다. 지나치게 공격적인 부함장을 달가와하지 않던 함장은 찬석이 부함장 202와 껄끄러운 관계임을 알고 자신에게 주어진 핵미사일 발사 열쇠를 건넨다. 이해할 수 없는 함장의 행동에 당황하는 찬석. 자신이 알지 못하는 일이 벌어지고 있음을 느낀다.
부함장 202는 이미 계획된 대로 자신을 따르는 수병들을 중심으로 반란을 일으키고 함장을 살해한다. 그러나 그가 노리는 핵미사일 발사 열쇠는 확보하지 못한다. 그는 미사일 유니트의 찬석을 의심하고 찬석 역시 함내 분위기가 심상치 않음을 느끼고 사령실로 들어간다. 부함장 202는 찬석에게 함장을 살해했음을 밝히고, 강대국의 꼭두각시에 불과한 한국 정부에 분노를 토로한다. 그리고 일본에 대한 공격 계획을 알려주며 찬석에게 핵미사일 발사 열쇠를 요구하지만, 찬석은 이미 열쇠를 숨긴 상태. 긴장감이 극에 달하는 가운데 일본 잠수함이 접근해 온다. 202는 일본 잠수함에게 어뢰를 발사함으로써 공격 태세를 취하고, 찬석이 숨긴 핵잠수함 열쇠를 찾기 위해 총력을 다한다. 이때, 일본 잠수함 2대가 공격을 가해 오고 찬석은 이 틈을 타 202의 광기에 대한 반격을 시작하는데.