故事以一条全身纯白的巨型鲸鱼莫比敌为中心发展，它是一条被水手们视为魔鬼化身的凶猛鲸鱼。船长阿哈伯在捕捉它的过程中被咬掉了一条腿，这种屈辱与伤痛更激发起他一定要打败这条巨鲸的决心。
1969 年 11 月 20 日，距离苏联水域 50 英里，美国海军“阿库什尼特”号潜入冰下。年轻的亚哈在监听敌方潜艇的声纳时，突然发现了一个未知目标。当船长倾听时，他什么也没听到，但亚哈坚持认为在空虚中存在。目标潜入战壕，但船长放弃搜索，转而拍摄目标。目标攻击潜艇并将其带到冰冷的表面，发现这是一头巨大的白鲸。亚哈幸存下来，但当它把潜艇的另一半拖回水下时，它失去了左腿。
如今，米歇尔·赫尔曼博士（奥康纳饰）和她的助手皮普（德里克·斯科特饰）正在测试鲸鱼歌曲发生器，此时“裴阔德”号航空母舰在他们身后浮出水面，执行官斯塔巴克中尉 （格莱姆斯饰）劝说他们上船吧。在潜艇中，星巴克向他们讲述了几次袭击事件，目击者都报告称看到了一头巨大的鲸鱼，据记录长度约为 500 英尺。米歇尔推测它可能是史前时期幸存的物种，是有记录的最大抹香鲸太小了。在她解释鲸鱼歌曲发生器需要录制鲸鱼的发声后，亚哈船长（博斯特威克饰）来到甲板上，给了她他在 1969 年拍摄的该生物的录音，确认该生物是莫比迪克，一种传奇的海洋生物邪恶与不朽。尽管米歇尔不同意加入海军潜艇来杀死动物，但她别无选择，亚哈声称要阻止袭击。
在圣地亚哥，布默船长（69 年袭击的另一位幸存者）被上级告知围绕“裴阔德”号进行可疑活动。他被指派去调查，并感谢最近白鲸袭击中的一名幸存者，他得出结论，亚哈正在寻找白鲸。
与此同时，埃塞克斯号航空母舰正在夏威夷附近搜寻“裴阔德”号。当他们前往主动声纳时，引起了游荡的莫比迪克的注意。埃塞克斯号与似乎是他们正在寻找的潜艇交战，但在潜艇被发射的鱼雷摧毁之前意识到他们的对手是生物，为时已晚。后来“裴阔德”号到达目的地时没有发现鲸鱼的踪迹，但却遇到了“埃塞克斯”号船员的尸体。亚哈以演讲唤醒了他的船员，然后继续寻找这只野兽。
一架搜寻“裴阔德”号潜艇的直升机在追随 500 英尺目标时遇到了它。当直升机与他们交战时，潜艇向未知目标发射了一枚核武器，但困惑的直升机机组人员告诉他们，他们射杀了一群巨型乌贼，然后它们被白鲸活吞了。
随后，当“裴阔德号”与米歇尔的鲸鱼歌曲发生器进行干预时，鲸鱼袭击了“SS Rachel”号游轮。然而，这导致鲸鱼攻击它们，随后毁坏了“裴阔德”号的鳍。潜艇向莫比·迪克的眼睛上方发射了一支由阿库什尼特号船体制成的鱼叉，迫使他潜得更深，拖着裴阔德号。当水压开始损坏船体时，绳索断裂，星巴克迫使船浮出水面。
白鲸号也浮出水面，“裴阔德号”在布玛乘坐直升机的帮助下，将鲸鱼逼入环礁。潜艇被困在浅水中，三艘船被派出，用枪和亚哈的鱼叉对抗鲸鱼。白鲸号摧毁了其中两艘船，并将幸存者逼到了岛上的海岸上。鲸鱼再次攻击他们，导致魁魁格（迈克尔·泰饰）死亡。亚哈乘坐最后一艘船，用鱼叉射向鲸鱼的另一只眼睛。白鲸毁掉了船，杀死了亚哈。裴阔德号的其余船员，包括星巴克和皮普，听从亚哈的命令，向岛上发射核武器。Moby Dick 躲避核武器并击溃Pequod号就在岛屿爆炸时。白鲸幸存下来，并在另一天肆虐；当救援直升机到达时，米歇尔游到了水面。