Из-за обильного количества больших новостроек в центре Москвы тоннель московского метрополитена, построенный в 1935 году, начинает не выдерживать образовавшейся нагрузки. Однажды ночью тоннельный обходчик Сергеич (Сергей Сосновский) находит небольшую протечку в своде тоннеля (как раз в этом месте над тоннелем протекает Москва-река) и сообщает об этом дежурному по станции (Михаил Фатеев), но тот отвечает, что это всего лишь грунтовые воды. Параллельно Ирина Гарина (Светлана Ходченкова) разрывается между любовником — бизнесменом Владом Константиновым (Анатолий Белый), — и мужем — хирургом районной больницы Андреем (Сергей Пускепалис) с их дочерью Ксюшей (Анфиса Вистингаузен). Константинов считает, что Гарин ей не ровня, и пытается уговорить её развестись. Приехав из загранпоездки, она проводит ночь с Константиновым и не успевает приехать домой утром, из-за чего Андрею приходится самому вести Ксюшу в школу. По воле случая они не могут ехать на машине и идут в метро на станцию «Садовая». Одновременно туда же спускается и Константинов, который спешит на работу, но ему приходится бросить машину из-за дорожной пробки. Тем временем Сергеич, выпивая со случайной знакомой Галиной (Елена Панова) рядом с «Садовой», вспоминает, что вода из протечки в тоннеле пахла тиной, а значит, это не может быть грунтовая вода. Тут их задерживает полиция за распитие спиртного в общественном месте, но Галине удаётся вырваться, и она сбегает в метро. В отделении Сергеич требует телефон, чтобы сообщить всё диспетчеру, но полицейские глухи к его просьбам.
В тоннеле вода пробивает брешь в потолке. Машинист поезда (Константин Овсянников), в котором, по совпадению, находятся Гарины, Константинов и Галина, замечает поток слишком поздно и начинает экстренное торможение. Поезд, идущий на полном ходу, сходит с рельсов, но инерция продолжает толкать его вперёд, и он врезается в образовавшийся завал. Часть пассажиров погибает во время торможения из-за давки в вагонах, а часть, что сидела в первых вагонах, погибает под обрушившимися на них обломками и потоками воды. Оставшиеся в живых выбираются из вагонов. Константинов — единственный, кто вместо того, чтобы идти по рельсам, лезет на крышу вагона. Переползая по ним, он видит в одном из окон Гарина, который пытается найти Ксюшу под грудой тел. Явно влекомый желанием спасти Ксюшу, чтобы ему было, чем отчитаться перед Ириной, он помогает Гарину (при этом Гарин узнаёт Константинова, так как когда-то они и Ирина вместе учились в институте). Гарины собираются последовать за остальными, но Константинов их останавливает, указывая, что контактный рельс всё ещё под напряжением, и им лучше подождать, когда его отключат. Про остальных выживших, которые к тому моменту все убежали вперёд, Константинов говорит, что «надеется, что им повезёт». Тем временем дежурный по станции пытается выйти на связь с машинистом злополучного состава. Не дождавшись ответа и догадываясь, что случилась катастрофа, а в тоннеле одновременно люди и вода (насосы откачки работают на полную мощность), он решает отключить контактный рельс, но для этого ему приходится подождать, пока следующий поезд не отъедет в другую фидерную зону. К тому моменту вода поднимается слишком высоко и до отключения происходит короткое замыкание: все, кто не успел выбежать из затопленного участка тоннеля, погибают от удара током. Гарины (вместе с собачкой погибшей пассажирки Тявкой), Константинов и присоединившиеся к ним Галина, курьер Михаил (Станислав Дужников) и парочка Денис (Алексей Бардуков) с Алисой (Катерина Шпица) наконец выдвигаются вперёд. Но через некоторое время потоки воды сдвигают им вслед последний вагон состава и все, кроме Михаила, спешно пробираются в проход в стене тоннеля ведущий в технический колодец. Михаил, будучи очень напуганным, отказывается пролезать в проход, считая, что им нужно идти только вперёд, и в итоге погибает, когда течение накатывает на него вагон.
Из прохода герои попадают в небольшой бункер, построенный в период застройки метрополитена, а из него — в технический колодец, имеющий вертикальную шахту, которая заканчивается решёткой ливнёвой канализации где-то на поверхности земли, прямо на проезжей части. До решётки не добраться — она слишком высоко, а связаться по мобильному телефону с внешним миром не удаётся — от поверхности их отделяют около семи метров бетона и грунта, которые экранируют радиоволны. Те выжившие, что избежали поражения электротоком, добираются до «Садовой», станцию оцепляют, и наконец разворачивают спасательную операцию. Вагон, подгоняемый течением, застревает в проёме тоннельной гермодвери, создав тем самым плотный затвор, из-за чего уровень воды в тоннеле и в колодце начинает быстро повышаться. Одновременно растёт напряжение между Константиновым и Гариным, так как последний не может понять, почему тот испытывает интерес к его дочери. Когда уровень воды поднимает их к решётке, Гарину и Константинову удаётся дозвониться до Ирины (которая уже в курсе катастрофы), но успевают ей сказать только то, что они в бункере, после чего, не удержавшись в воде, роняют телефон. Они пытаются привлечь к себе внимание через решётку, но безуспешно. Ирину, которая в истерике пытается сообщить спасательной команде о людях в бункере, слышит помощник машиниста Вася (Иван Макаревич), который, будучи диггером понимает, о чём она говорит, и уговаривает направить несколько спасателей туда, где, по его мнению может быть решётка, ведущая в колодец. Под напором воды вагон, застрявший в проходе, разрушается, в освободившийся проход устремляется бурный поток, и уровень воды в бункере резко падает, утягивая героев обратно в тоннель. Спасатели спускаются в бункер, но, видя мокрые стены, сообщают расстроенной Ирине, что все, кто там был, скорее всего утонули. Герои добираются до станции-призрака «Бородинская» (которая находится недалеко от «Садовой») и залезают на платформу, чтобы отдохнуть. У Константинова окончательно сдают нервы, и он сообщает, что скорее всего их не спасут, потому что, во избежание дальнейшего затопления метрополитена (в сцене совещания МЧС выясняется, что затопление всего метрополитена вызовет большое проседание почвы в центре Москвы), участок, на котором они находятся, локализуют и зальют жидким азотом. Затем он вываливает на Гарина кучу косвенных намёков, по которым тот понимает, что они с Ириной любовники. Но Константинов не сдерживается и говорит, что Ирина стала его любовницей из-за Гарина, потому что тот перестал проявлять к ней должное внимание, а затем и вовсе говорит, что Ирина и его, Констатинова, по его мнению, тоже не любит; просто ей нужен любовник, не похожий на Андрея. Это провоцирует Гарина на драку, и он чуть не топит Влада в воде.
Через некоторое время их находят спасатели, которые были посланы в тоннель после того, как оттуда выбрались выжившие. В тот же момент в той части тоннеля, где застрял поезд, целиком рушится свод, и гигантские потоки воды заполняют тоннель. Спасатели успевают вовремя связаться с руководителями операции по спасению, и гермодверь перед станцией перекрывает проход воде. Герои добираются до бункера и наконец вылезают через решётку на улицу. У Гарина с Ириной происходит напряжённая сцена, где он молча пресекает все её попытки подступить к нему. Пока их осматривают, один из врачей просит Гарина поехать к ним больницу. Одновременно к Константинову подходит человек (либо его коллега, либо подчинённый) который тоже просит его поехать с ним. Фильм завершается сценой, где машина Константинова разъезжается в разные стороны с каретой скорой помощи, в которой сидят Гарины (никаких намёков по поводу дальнейших отношений Ирины и Андрея не даётся).

Сергей Пускепалис — Андрей Гарин
Анатолий Белый — Влад Константинов
Светлана Ходченкова — Ирина Гарина
Анфиса Вистингаузен — Ксюша Гарина
Алексей Бардуков — Денис Истомин
Катерина Шпица — Алиса
Елена Панова — Галина Дергач
Станислав Дужников — Михаил
Александр Яковлев — Алексей Петрович Валеев, машинист 17-го поезда
Иван Макаревич — Вася Лиутин, помощник машиниста 17-го поезда
Сергей Сосновский — тоннельный обходчик Сергеич
Константин Овсянников — машинист 42-го поезда
Кирилл Плетнёв — телерепортёр Назимов
Дмитрий Орлов — телеоператор Серёга
Михаил Фатеев — диспетчер Клоков
Ярослав Жалнин — диспетчер Зимин
Владимир Стержаков — Александр Николаевич Буров, начальник Московского метрополитена
Светлана Нехороших — хозяйка Тявки
Ксения Березина — Света, медсестра из больницы Гарина
Илья Жданников — человек Константинова
Александр Тараньжин — начальник МЧС по Москве, генерал-лейтенант
Владимир Юматов — начальник ГУВД Москвы, генерал-полковник полиции
Александр Фисенко — капитан МЧС Селиверстов
Иван Лапин — младший лейтенант МЧС Титов
Николай Рябков — диспетчер Шевченко
Александр Журман — хмурый полицейский
Дмитрий Высоцкий — улыбчивый полицейский
Егор Пежемский — пассажир со скрипкой
Михаил Шкамаридин — раненый пассажир с сигаретой
Алексей Гаврилов — мародёр
Анатолий Котенёв — Мэр Москвы