Artjom ist überzeugt, dass es auf der lebensfeindlichen Oberfläche Moskaus weitere Überlebende gibt. Diese Überzeugung erweckt in ihm die Hoffnung auf ein Leben jenseits des Tunnelnetzwerks der Moskauer Metro. Doch leider glauben weder sein direkter Vorgesetzter Miller noch dessen Tochter Anna, Artjoms Ehefrau an seine Überzeugungen. Teilweise begegnen sie Artjoms Ambitionen mit Zorn und Spott, da er von seinen Ausflügen stets hoch verstrahlt zurückkehrt und für seine Behandlung wichtige und vor allem sehr seltene Medikamente verschwendet werden.
Nachdem Artjom der Meinung war, ein Signal empfangen zu haben, gehen er und seine Frau Anna der spur des Signals nach. Schlussendlich stellt sich heraus, dass eine feindliche Fraktion in ganz Moskau die Funksignal stört, sodass die Überlebenden denken, dass sie die einzigen Menschen sind und nicht weiter nachforschen.
Ein gepanzerter Zug mit dem Namen Aurora wird gekapert und als Hauptbewegunsmittel durch Russland benutzt. Mithilfe einer kleinen Gruppe von Kameraden machen sich Artjom und seine Frau auf die Suche nach Überlebenden und einem Ort zum Leben.