1945년 8월, 일본은 궁지에 몰려 있었다. 동맹국 독일이 항복을 선언하고 히로시마에는 첫 번째 원자폭탄이 떨어진다. 일본군의 최종병기는 독일의 항복 후 비밀리에 만들어진 이호 제507 잠수함, 일명 로렐라이였다. 해군 군령부 작전부장인 아사쿠라 대좌는 본토의 원폭 투하를 막기 위해 507의 출격을 결정하고 그 함장으로 키누미 소좌를 임명한다. 함장의 보좌역인 선임 장교로는 그의 전우 키자키가, 이외에도 기관장 이와무라, 군의관 도키오카, 잠수함에 탑재된 특수병기의 비밀을 알고 있는 군속기사 다카스, 인간 어뢰라 불리는 특별공격대에서 옮겨온 오리카사와 시미즈 등이 승선한다. 507호의 목표는 원자폭탄을 탑재한 미군 폭격기들이 진주하고 있는 남태평양의 테니앙 섬. 그러나 이를 위해서는 적의 잠수함이 깔린 바다를 건너야 하고, 성공 여부는 오직 로렐라이 시스템의 위력에 달려 있다. 이미 일본의 나가사키에는 두 번째 원자폭탄이 투하되고 테니앙에는 세 번째 원자폭탄을 탑재한 폭격기 B-29가 대기하고 있는데...