1막 : 부산행 KTX에 탑승한 좀비처럼 감염된 한 여자
펀드매니저로 바쁘게 일하고 있는 석우는 딸인 수안의 생일날 선물을 사가지고 집으로 들어지만, 선물은 이미 수안이 가지고 있는 게임기였다. 그런 석우에게 서운한 수안은 이혼 후 부산에서 살고 있는 엄마를 만나러 가고 싶다고 한다. 석우는 바쁘다며 나중에 가자고 했지만, 수안의 유치원 장기자랑을 가주지 못한 미안함으로 결국 딸을 부산까지 데려다 주기로 결심한다. 부산으로 떠나는 새벽 거리에서는 이상한 뉴스들이 들려오고, 불길한 분위기가 도시를 뒤덮는다. 석우와 수안은 부산행 KTX를 타고 그 곳에는 각각의 다른 성향을 가진 여러 사람이 출발을 기다리고 있다. 출발 직전 다리에 피를 흘리며, 이상한 말을 중얼거리는 한 여자가 열차에 오르고, 승무원은 어딘가 안 좋아 보이는 그 여자에게 순식간에 공격당한다. 공격당한 승무원도 여자처럼 이상한 증세를 보이더니 열차 안의 사람들을 가차없이 공격하기 시작한다.
2막 : 사람들의 공포와 이기심으로 꽉 찬 열차 안...그 안에서 살아 남으려는 사람들.
순식간에 아비규환이 된 열차안, 승객들은 좀비화 된 사람들을 피해 도망치기 시작한다. 석우와 수안도 도망을 치고, 좀비들을 피해 달려오는 임신한 성경과 그녀의 남편인 상화를 보고도 석우는 열차 칸의 문을 닫아 버린다. 하지만 가까스로 성경과 상화가 열차의 칸 안으로 들어오게 되고, 상화와 석우가 부딪히며 상황이 더욱 안좋아진다. 다들 두려움에 떨며 열차 칸 안에서 숨죽여 있을때, 부산행으로 가지 않고 군사들이 지키고 있는 대전역에서 멈춘다는 선내 방송이 흘러 나온다. 열차가 대전역에 멈추고, 사람들은 조심스럽게 한명씩 열차에서 내린다. 미리 군인인 지인과 연락해서 따로 탈출로를 들은 석우는 아무에게도 알리지 않고 수안만을 데리고 그곳으로 향한다.
하지만 기대와 달리 이미 그 곳의 군인들도 이미 좀비가 된 상태였고, 석우는 도망치다가 수안과 헤어지게 된다. 석우는 좀비화된 군인들 한테서 도망치는 과정에서 다른 사람들의 도움을 받게 되고, 결국 석우는 사이가 안 좋았던 상화, 고등학교 야구부인 영국과 셋이 힘을 합쳐 가까스로 열차에 다시 올라탄다. 석우, 상화, 영국은 무장을 하고 좀비들이 타고 있는 몇개의 열차 칸을 지나 자신의 딸, 임신한 아내, 여자친구가 있는 화장실로 가기로 마음 먹는다. 셋이서 힘을 합쳐 가까스로 가족과 다시 만나게 되고, 다 같이 생존자들이 있는 칸으로 향하게 된다. 좀비를 헤치며 생존자들이 있는 칸에 가까이 가지만 그 곳의 문은 굳게 닫혀 있었다. 용석을 중심으로 사람들은 반대쪽 칸의 사람들이 감염되어 있을 지도 모른다며 문을 열어 주지 않는다. 좀비를 물리치며 문을 열기 위해 노력하던 석우와 일행들은 문을 열게 되고, 그들을 위해 시간을 끌던 상화는 감염자들에게 공격당해 좀비가 된다. 석우와 일행들은 나머지 비 감염자들에게 의심을 받으며 격리 되게 되고, 기장은 앞에 선로가 막혀있어서 다른 기차로 갈아타야 한다는 방송을 한다. 그때, 비 감염자들이 있던 칸에 있는 종길은 자신대신 공격을 받고 좀비가 되어있는 언니를 열차 칸의 창문을 통해 보게 된다. 사람들의 이기심과 자신의 언니를 보던 종길은 좀비들이 있는 칸의 문을 열어버리고 사람들은 순식간에 좀비의 공격을 받는다.
3막 : 부산으로 향하던 그들은 살아 남을 수 있을까.
아비규환이 된 열차 안에서 용석은 사람들은 희생하며 다른 열차로 향하게 된다. 석우와 일행들도 열차에서 벗어나서 다른 열차로 향한다.하지만 그 과정에서 영국과 여자친구인 진희는 좀비들의 공격을 받고 감염되고 만다. 결국 석우, 성경, 수안만이 살아 남아 옆의 열차에 올라탄다. 하지만 그 곳에는 감염된 용석이 있었다. 수안과 성경을 위해 석우는 용석과 싸우고 용석을 열차에서 떨어뜨리는 데 성공하지만 감염이 되고 만다. 감염된 석우는 열차에서 떨어지게 되고, 수안과 성경은 살아남아 군인들에게 구해지게 된다.