El RMS Poseidón, un transatlántico de lujo, realiza una travesía transatlántica. El ex alcalde de Nueva York y bombero Robert Ramsey viaja con su hija Jennifer y el novio de ésta, Christian Sanders, a Nueva York, que pronto se comprometerá. También viajan a bordo el ex submarinista de la Marina convertido en jugador profesional Dylan Johns, el arquitecto Richard Nelson, la viuda Maggie James y su hijo Conor, la polizona Elena Morales, el camarero Marco Valentín y el capitán Michael Bradford.

Mientras los pasajeros disfrutan de una fiesta de fin de año, los oficiales del puente ven que una enorme ola se cierne sobre el barco. Para sobrevivir a la ola, intentan dirigir el barco a estribor para que se enfrente a la proa, pero el barco no gira lo suficientemente rápido. La ola inunda y hace zozobrar el barco, matando a los oficiales del puente y a muchos pasajeros y tripulantes. En el salón de baile, el capitán Bradford, malherido, intenta restablecer el orden y asegura a los pasajeros supervivientes que la ayuda está en camino, e intenta persuadirles de que no se muevan. Sin estar convencido, Dylan dirige a Conor, Maggie, Robert, Richard y Valentin hacia la proa, donde cree que tendrán más posibilidades de escapar del transatlántico volcado.

Mientras suben, tienen que cruzar el hueco de un ascensor, en el que Valentin cae hacia su muerte antes de ser aplastado por la caída del ascensor. Se reúnen con Jennifer, Christian, Elena y el jugador Lucky Larry, que habían estado en la sección del club nocturno del barco, y que son los únicos supervivientes de todos los ocupantes del club nocturno. El grupo cruza un puente improvisado a través del vestíbulo, donde Lucky Larry es aplastado por un motor. La presión del agua acaba rompiendo las ventanas del salón de baile, ahogando a los ocupantes, incluido el capitán Bradford. Con el agua subiendo rápidamente, el grupo escapa a través de un conducto de aire y algunos tanques de lastre, aunque Elena se golpea la cabeza bajo el agua y se ahoga como resultado.

Con el barco hundiéndose lentamente, los supervivientes pronto se encuentran en una sala de la tripulación donde descubren que la sección de proa está inundada, hasta que una explosión de la sala de máquinas la saca del agua. El grupo entra en la sala de la hélice de proa y se horroriza al ver que los propulsores siguen funcionando. Con su camino bloqueado por las hélices, y sabiendo que la sala de control está sumergida en el agua, Robert se aleja nadando para apagar el motor. Encuentra que el interruptor de "apagado" está roto, pero pulsa el botón de marcha atrás en su lugar, antes de ahogarse.

Con las hélices girando ahora en la otra dirección, Dylan lanza un tanque de acetileno dentro, causando una explosión que destruye la hélice, y dejando una abertura por la que pueden escapar. El grupo salta por el propulsor y nada hasta una balsa hinchable cercana, y cuando están entrando en la balsa, el barco empieza a hundirse. Mientras se alejan remando, las olas empujan la balsa para alejarla del transatlántico que se hunde. El Poseidón vuelve a volcarse y, al otro lado del agua, los supervivientes observan cómo se hunde por la popa en el océano. Después de que los supervivientes disparen una bengala, dos helicópteros y varios barcos llegan para rescatarlos, tras haber rastreado la ubicación de la baliza GPS del Poseidón.