アルツハイマー病治療の新薬を開発するため、日夜研究に励んでいるスーザン・マカリスター博士(サフロン・バローズ)。しかし、研究はなかなか成果があがらず、製薬会社の社長、ラッセル・フランクリン(サミュエル・L・ジャクソン)は、資金提供の停止を検討し始めていた。ラッセルは研究の有効性を確かめるため、太平洋に浮かぶ海上医学研究施設「アクアティカ」へ向かうことに。
「アクアティカ」は、頑丈な柵やネットで囲まれた深海の檻。そこでは、老化を止めるたんぱく質をサメから抽出する実験が行われていた。人工的に繁殖されたサメは、体長8メートル、体重は4000キロ。自由に泳ぎ回る巨大なサメたちを前に、ラッセルは恐怖心を覚える。
一方、スーザンの助手のベテランダイバー、カーター(トーマス・ジェーン)は、サメの異常に気付いていた。サメがチームを組んで狩りをしている様子なのだ。カーターは実験の危険性をスーザンに指摘するが、相手にされない。
ラッセルが見守る中、スーザンの実験は見事成功。期待以上の成果にスタッフたちは喜びに包まれる。しかしその直後。麻酔銃で眠らされていたはずのサメが、突然研究スタッフのジム(ステラン・スカースガード)の腕を食いちぎった! カーターはサメを射殺しようとするが、実験結果を守ろうとするスーザンが水槽にサメを逃がしてしまう。
嵐の中、ジムを搬送するためのヘリが到着した。しかし救助の最中、ジムは担架ごとサメの水槽に落下、バランスを失ったヘリが施設に激突してしまう。施設の地上部分は大破。一方、サメは、まだ意識のあるジムを即座に殺すのではなく、人間を攻撃する道具として扱うことを選択。ジムの乗った担架をくわえたままサメが研究室の窓に突進し、その衝撃で窓が破裂。スタッフたちは海水の流れ込む「アクアティカ」で生き延びる術を探すことに…。
サメは明らかに意志を持って人間を攻撃している。その理由をラッセルが問い詰めると、スーザンから衝撃の事実が明かされる。通常の大きさのサメでは実験に十分な結果が得られないため、スーザンはサメに遺伝子操作を行い巨大化させていた。その副作用でサメの知能も増し、攻撃本能も増大してしまったのだ。
その頃、調理担当の“プリーチャー(説教師)”ことシャーマン(LL・クール・J)は、キッチンでサメから逃げ回っていた。追い詰められたプリーチャーはオーブンの中に逃げるが、サメがオーブンのスイッチを入れてしまい、絶体絶命! 庫内の温度が上昇する中、プリーチャーはギリギリのところで脱出に成功する。
外部に脱出するための潜水艇もサメによって破壊されていた。サメの待つ海水に潜って外部に脱出するか、何が起こるかわからないエレベーターシャフトを登って水上を目指すか。仲間割れしそうになるスタッフを、冷静に諭すラッセル。しかし、そんな彼らをまたも悲劇が襲う!!
生き残ったスタッフたちは、一か八か、エレベーターシャフトを通って逃げ道を探すことに。そこにプリーチャーも合流。最後の逃げ道を確保するため、カーターとスコギンズ(マイケル・ラパポート)は危険を冒して水に沈んだフロアへ向かう。一方プリーチャーと共に安全な部屋に残されたスーザンは、実験データを守るために自分の部屋へ。しかし、海水に満たされた彼女の部屋にもサメの影が…!
残るサメは1頭。彼らは生きてアクアティカを出ることができるのか? サメと人間の知能比比べの行方は? そしてサメの恐るべき目的とは?



高度な頭脳を持つ狡猾で獰猛なサメが、人を襲う。刻々と逃げ場が少なくなっていく中、人間は彼らに勝つことができるのか!? スティーブン・スピルバーグの「ジョーズ」や、アルフレッド・ヒッチコックの「鳥」などを思わせる、動物パニック・アクション映画だ。
自分の研究のために時に理性を失ってしまうマッド・サイエンティストが女性であるという点もこの作品のポイント。パニック映画では常に被害者であり“悲劇のヒロイン”である女性が、むしろ身勝手な加害者となることで、ますます展開が読みにくくなっている。演じているのは、「バンク・ジョブ」でジェイソン・ステイサムと共演したサフロン・バローズだ。