En 1984, un descuido hace que los tiburones humanoides desarrollados como arma de la Guerra Fría se escapen de su contención dentro de un laboratorio soviético de alto secreto cerca de Moscú. Reconociendo que los tiburones sintientes podrían acabar dominando todo el planeta, Alyosha se sacrifica para que su compañero científico Sergei pueda escapar en un transbordador espacial con los tiburones a bordo.

En el presente, la comandante Nicole Tress se prepara para lanzar la nave Tabula Rasa desde Cabo Cañaveral en una misión a la Luna. La tripulación de Nicole está formada por la piloto Elli Waters, el médico Owen Watson, Henri, Tom, Josie, Liam y el ingeniero sustituto Michael Kelly, que no le gusta.

La nave queda inutilizada cuando se estrella en la cara oculta de la luna. Tom, Josie, Elli y Owen se quedan para reparar los sistemas de la nave mientras Nicole, Michael, Henri y Liam exploran el exterior.

Los tiburones híbridos atacan repentinamente a Nicole, Michael, Henri y Liam. Liam muere. Una trampa mata a uno de los tiburones.

Sergei sale con una joven que inexplicablemente puede respirar sin un traje espacial oxigenado. Tras haber estado varado en la Luna durante 40 años, Sergei se siente decepcionado al descubrir que los astronautas estadounidenses no fueron enviados específicamente para rescatarlo, pero Nicole se ofrece a devolverlo a la Tierra después de que reparen su nave. Sergei presenta a la chica como su hija adoptiva Akula.

De repente, un tiburón secuestra a Henri. Nicole insiste en advertir a su tripulación sobre los tiburones y en rescatar a Henri, pero Sergei desaconseja revelar su posición y convence a los astronautas para que se pongan a salvo en su nave, donde pueden recoger provisiones.

De vuelta a su nave, Sergei explica cómo se crearon los tiburones y acabaron en la luna, donde han colonizado una enorme base. Sergei revela que Akula puede respirar la atmósfera de la luna porque en realidad es uno de los tiburones. Sergei acogió a Akula después de que los tiburones la abandonaran porque, de forma poco habitual, se parecía más a un humano que a un tiburón. Sergei equipa a los estadounidenses con trajes especiales y aparatos de respiración que ha diseñado para navegar por la luna sin ser detectados.

Henri es encarcelado dentro de la base de los tiburones. Tzarina, la líder de los tiburones, explica que quiere la Tabula Rasa para que su imperio de tiburones pueda volver a la Tierra y ella pueda gobernar el planeta. Después de que el bruto guardaespaldas de Tzarina, Scar, le corte la pierna, Henri revela la ubicación de la nave para evitar más torturas.

Nicole intenta enviar un mensaje de advertencia a la nave, pero se interrumpe. Tom y Josie continúan con su trabajo mientras Elli y Owen se aventuran a salir a investigar. Los tiburones matan a Elli y Owen.

Akula, Sergei, Nicole y Michael se abren paso hasta la base de los tiburones para rescatar a Henri. Henri admite que ha abandonado la posición de la nave y advierte que los tiburones planean traer su enorme suministro de huevos a la Tierra con ellos. Michael y Akula discuten sobre la moralidad de destruir la cámara de incubación de los huevos de tiburón.

Después de que Akula se enfrente brevemente a Tzarina, ella, Sergei, Nicole, Michael y Henri regresan a Tabula Rasa para descubrir que Tom y Josie se defendieron de un ataque de tiburón. Los tiburones siguen asaltando la nave. Sintiéndose culpable por haber revelado la ubicación del barco, Henri se sacrifica aparentemente para hacer explotar una horda de tiburones.

Más tiburones rodean la nave mientras los astronautas restantes se preparan para el lanzamiento. Los tiburones matan a Josie y Tom. Nicole, Sergei y Akula detienen un ataque a Michael rindiéndose a Tzarina.

Tzarina revela que los tiburones abandonaron a Akula a propósito cerca de la nave de Sergei porque sabían que éste la criaría. Al no poder convertirla en espía, Tzarina aún utilizó a Akula como distracción para que los tiburones pudieran infiltrarse en la Tabula Rasa y aprender cómo funcionaba. Akula insiste en que nunca ayudó voluntariamente a Tzarina, pero Michael pone en duda su fiabilidad.

Nicole propone dejar que los tiburones gobiernen la luna, pero Tzarina replica que quiere la Tierra a toda costa. Tzarina hace que Scar ataque a Nicole, Sergei, Akula y Michael. Henri vuelve inesperadamente para matar a Scar, pero otro tiburón mata entonces a Henri.

Tras recuperar los planos de vuelo del USB de Tom, Nicole propone utilizar la nave de Sergei para detener la toma de Tabula Rasa por parte de los tiburones. Akula hiere gravemente a Tzarina en una huida. Akula, Sergei, Nicole y Michael corren entonces hacia la nave de Sergei.

Sergei se despide con lágrimas en los ojos de Akula tras darse cuenta de que lo mejor es llevar su nave en una carrera suicida para destruir la colonia de tiburones. Mientras Sergei vuela con su nave hacia la base de tiburones, Nicole, Michael y Akula luchan contra Tzarina y otros tiburones. Nicole, Michael y Akula acaban lanzados a la boca de un gran tiburón.

El choque de Sergei provoca una reacción en cadena explosiva. Una erupción de lava resultante hace saltar la Tabula Rasa por los aires. También incinera al tiburón que se tragó a Nicole, Michael y Akula y lo envía a toda velocidad hacia la Tierra.

El gran tiburón se desintegra al entrar en la atmósfera terrestre. Nicole, Michael y Akula se estrellan en el océano a bordo de un bote salvavidas de emergencia. Sin embargo, antes de que puedan recuperarse del todo, Akula da a luz espontáneamente a una criatura híbrida de tiburón. Nicole se da cuenta de que el planeta está en peligro cuando otras crías de tiburón suben a la superficie del agua.