Une capsule secrète contenant une caméra et des films d’un satellite espion (américain ou soviétique) se détache et tombe près de la station météorologique britannique Zebra, située dans la banquise de l’Arctique. Face aux signaux de détresse de la station et à une violente tempête rendant tout accès aérien impossible, l’amiral Garvey ordonné au commandant James Ferraday (Rock Hudson) de prendre la tête du sous-marin nucléaire américain USS Tigerfish pour aller leur porter secours. À bord du sous-marin se trouvent également un espion soviétique passé à l’Ouest (Boris Vaslov, joué par Ernest Borgnine) et un agent britannique/américain mystérieux (David Jones, joué par Patrick McGoohan). Durant le trajet sous la banquise, de multiples sabotages et accidents étranges menacent la vie de l’équipage, révélant la présence d’un traître à bord qui cherche à s’emparer des précieux films de la capsule.