Cinco estudiantes universitarios de Oregón se lanzan a descubrir qué les ocurrió a los nueve excursionistas que murieron misteriosamente en el incidente del paso de Dyatlov. Holly y Jensen son codirectores, J.P. y Andy son expertos escaladores y Denise es la ingeniera de sonido. Después de que la película presente a los personajes, las noticias en ruso hablan de la desaparición de los estudiantes. El gobierno ruso recupera las imágenes de vídeo, pero se niega a hacerlas públicas; sin embargo, unos piratas informáticos obtienen y publican las imágenes, que constituyen el resto de la película.

En Rusia, los estudiantes intentan primero ponerse en contacto con un miembro de la expedición inicial de 1959 que se dio la vuelta tras enfermar el primer día. Sin embargo, el hombre ha sido hospitalizado tras una crisis nerviosa. Los administradores del hospital afirman que está muerto e intentan rechazar a los cineastas. En una ventana del piso superior, los estudiantes ven a un hombre que suponen que es el superviviente; éste sostiene un cartel en ruso y es arrastrado por los celadores. En un bar, los estudiantes reclutan a Sergei, que traduce el cartel como una advertencia de "no acercarse". Sin inmutarse, Sergei les presenta a su tía, Alya, que formó parte del primer equipo de rescate. Ella les cuenta que en el lugar se encontraron una extraña máquina y once cuerpos, no nueve, como se suele informar. Los dos últimos cuerpos tenían algo raro.

En su campamento, Holly oye aullidos. A la mañana siguiente, el grupo observa unas huellas de pies descalzos en la nieve que comienzan y se detienen repentinamente. Jensen afirma que las huellas son del yeti, pero los demás afirman que Holly se está metiendo con ellos. Después de seguir caminando, vuelven a oír aullidos y encuentran huellas que conducen a una torre meteorológica. Dentro de la torre meteorológica, encuentran una lengua humana. Denise quiere marcharse, pero los demás la convencen para que continúe. Jensen revela que, cuando era adolescente, había escuchado los aullidos durante un mal viaje con ácido que terminó con su arresto mientras gritaba incoherencias sobre demonios. Holly intenta consolar a Jensen contándole que ha tenido sueños recurrentes sobre el paso de Dyatlov, que interpreta como el destino. Sin que el grupo se dé cuenta, dos misteriosas criaturas se mueven por la nieve en la distancia.

El grupo llega al paso de Dyatlov antes de lo previsto. J.P. y Andy se asustan aún más cuando su equipo de navegación presenta extraños fallos de funcionamiento. Utilizando un contador Geiger, Holly y Jensen son conducidos a un búnker que se cierra desde el exterior. La puerta ya está desbloqueada pero congelada; consiguen abrirla. Regresan al campamento sin informar a nadie sobre el búnker. A la mañana siguiente, el grupo se despierta por las explosiones que provocan una avalancha. Denise muere y Andy sufre una grave fractura. Después de disparar una bengala, llegan soldados rusos que se hacen pasar por un grupo de rescate, matan a Andy y persiguen a los tres supervivientes hasta el búnker. J.P. es disparado y herido mientras entran. Al entrar en el sistema de túneles, una misteriosa criatura se desplaza por uno de ellos mientras los tres entran en otro. Holly y Jensen dejan al herido J.P. mientras exploran el búnker. En el interior, descubren pruebas de experimentos de teletransporte, un soldado muerto al que le falta la lengua, una videocámara idéntica a la suya que tiene imágenes de su conversación actual, cadáveres apilados y archivos relacionados con el Experimento Filadelfia.

Jensen y Holly oyen los gritos de J.P. y lo encuentran atacado por mutantes que parecen poder teletransportarse. Los mutantes matan a J.P. y persiguen a Jensen y a Holly hasta una habitación sellada con un túnel de aspecto extraño que conduce a una cueva natural. Jensen cree que se trata de un agujero de gusano. Sin querer morir de hambre o enfrentarse a los mutantes, Jensen y Holly deciden entrar en el agujero de gusano. Como no hay controles, Jensen sugiere que visualicen un destino cercano. Holly sugiere la entrada del búnker, y entran en el agujero de gusano.

En 1959, el personal militar ruso descubre dos cuerpos cerca de la entrada del búnker. Los soldados ahuyentan a una versión más joven de la tía de Sergei, Alya, que acababa de tropezar con los cuerpos. Recuperan su cámara de vídeo. Arrastran los cuerpos al interior del búnker, que está totalmente dotado de personal y operativo. El oficial al mando ordena desnudar los cuerpos y colgarlos en ganchos para carne. Mientras los soldados se marchan, los cuerpos mutados de Jensen y Holly, identificados por el tatuaje del cuello de Holly, comienzan a revivir.