影片将故事设定在一列通勤列车上，一位十年如一日乘坐列车上下班的商界人士麦考利（连姆·尼森 饰），偶遇一位主动搭讪的“神秘乘客”乔安娜（维拉·法米加 饰）。乔安娜为麦考利提供了一个极具诱惑性的任务——找出车上的一位乘客，即可获得一笔巨额现金作为回报。但在寻找的过程中，麦考利逐渐发现自己卷入到一场致命的危险处境中。 他是否能够从这辆“恐怖列车”中成功逃脱，背后又隐藏着怎样的惊天阴谋。随着列车不断加速，真相逐一揭开......

1986年4月26日凌晨，位于乌克兰苏维埃社会主义共和国普里皮亚季的切尔诺贝利核电站发生了严重的爆炸事故。瓦列里·列加索夫，作为一个杰出的苏联核物理学家，成为了处理这场事故的应急小组的一员，同时也成为最先了解并着手组织处理这场事故的负责人之一。苏联部长会议副主席、苏联能源局领导鲍里斯·谢尔比纳在事故发生数小时后，被指派领导事故调查委员会，但当时政府还没意识到反应堆已经爆炸。作为这史无前例人为灾难的高级应对官员，他发现自己身陷政治体系问题，以及得面对这场核灾难不停攀升的伤亡人数。苏联核物理学家乌拉娜·霍缪克致力于调查切尔诺贝利事故的真相，好让未来不会再发生同类事件。但在调查期间她与想埋葬可怕秘密的人产生了未曾预料的冲突，为了真相她得冒着失去自由，甚至生命的危险。