Un tremblement de terre de très forte intensité se produit à Seattle, sur la côte Ouest des Etats-Unis, provoquant de nombreuses victimes. Le même jour, à mille kilomètres là en Californie, la terre se met aussi à trembler, rayant de la carte en quelques secondes une ville entière.

Première partie
Devant l'extrême gravité de la situation, le président des Etats-Unis fait appel à Roy Nolan, un homme en qui il a toute confiance, et le charge de coordonner l'ensemble des opérations. Devant les plus grands spécialistes que Roy a aussitôt réunis, Samantha Hill, sismologue de renom, fait sensation en émettant une théorie très audacieuse. Selon elle, la secousse qui s'est produite en Californie constituerait un tremblement de terre bien distinct, et non une simple conséquence du premier. Aussi redoute-t-elle des réactions en chaîne, susceptibles de provoquer le chaos sur toute la côte ouest des Etats-Unis. Sur place, d'ailleurs, les évènements se précipitent. Dans l'un des hôpitaux de Los Angeles où Zach, le propre fils de Roy Nolan, est chirurgien, les blessés affluent. Au même moment, à San Francisco, Carla Williams, gouverneur de Californie, tient une conférence de presse. Devant les journalistes, elle s'efforce de maîtriser ses émotions mais elle reconnaît qu'elle est sans nouvelles de son ex mari Clarke et de leur fille Amanda, partis camper dans la région où s'est produit le séisme. Peu après, les prévisions les plus alarmistes de Samantha se réalisent : San Francisco est touché à son tour. L'hôtel de ville s'effondre, le Golden Gate Bridge se brise en deux.

Seconde partie
Face à ces évènements dramatiques, le Président des Etats-Unis est obligé d'avoir recours à la solution extrême. Il autorise l'évacuation de toute la côte Ouest et, sur les conseils des Samantha, ordonne le placement de tête nucléaires à certains points névralgiques. La jeune scientifique estime en effet que seule une explosion nucléaire soigneusement contrôlée a des chances d'enrayer les réactions en chaîne, et d'éviter un quatrième tremblement de terre en l'espace de quelques jours. A San Francisco, dévasté par le séisme, Carla Williams, prise dans les décombres de l'hôtel de ville, a échappé de justesse à la mort. Mais son assistante Rachel, qui lui a sauvé la vie, succombe à ses blessures. Amanda, la fille de Carla, et son père Clarke, font aussi partie des survivants. Cependant, des secousses se produisent à nouveau, compromettant la délicate opération qui consiste à enfouir le plus profondément possible les têtes nucléaires afin de limiter les risques de contamination. Finalement, l'explosion a tout de même lieu... et les tremblements de terre cessent. Mais le sud de la Californie est encore en danger. Prudente, Samantha veut s'assurer que la situation est définitivement sous contrôle et se rend sur place avec son collègue Jordan. C'est alors qu'un nouveau séisme se produit. Atteignant une magnitude de 10.5, une intensité encore jamais observée, il dévaste tout sur son passage.