Deep Blue Sea ในดินแดนที่งดงามของชายฝั่งบาจา รัฐแคลิฟอร์เนีย กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ผู้มากฝีมือได้มารวมตัวกันเพื่อศึกษาวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่น่าเกรงขามอย่างฉลาม ทีมงานนำโดยศาสตราจารย์ซูซาน แมคอัลเลสเตอร์ (แสดงโดยแซฟฟรอน เบอร์โรวส์) และจิม วิตล็อก (แสดงโดยสเตลแลน สการ์สการ์ด) กำลังพยายามปลูกถ่ายเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์เข้าสู่ฉลาม โดยเชื่อว่าโปรตีนที่มีอยู่ในสมองของฉลามอาจเป็นกุญแจสู่การรักษาโรคทางจิต แต่สิ่งที่พวกเขาได้รับกลับมานั้น กลับเป็นผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดและน่ากลัวที่สุด การทดลองของพวกเขาได้สร้างฉลามที่มีความสามารถในการคิดและวางแผนเหมือนมนุษย์ และมันไม่ยอมถูกควบคุมในกรงแคบ ๆ ที่เต็มไปด้วยสารเคมีอีกต่อไป ฉลามเหล่านี้พยายามหาทางหนีออกไปสู่มหาสมุทรที่กว้างใหญ่และลึกลับ