Un couple de randonneurs pénètre par effraction dans un ancien domaine de l'armée, en apparence abandonné. Ils y découvrent une piscine dans laquelle ils décident de se baigner. Ils sont tous deux dévorés par des piranhas. Spécialiste du pistage, Maggie McKeown part ensuite à leur recherche. Elle se fait aider par Paul Grogan, un homme en proie à l'alcoolisme vivant en solitaire dans la vallée. Ils découvrent rapidement l'ancienne base militaire et son laboratoire peuplé de créatures mutantes. Ils décident de vider le réservoir pour trouver les corps des randonneurs, dont ils ont découvert les sacs et les habits dans le laboratoire. Le Dr Robert Hoak, qui vit seul dans le laboratoire, tente en vain de leur interdire de vider le réservoir. Ils le ligotent, mais finissent par comprendre la vérité : une nuée de piranhas mutants conçus lors de la guerre du Viêt Nam a été accidentellement déversée dans une rivière fréquentée par de nombreux baigneurs. Une course poursuite s'engage pour sauver les usagers du lac artificiel.
Une station balnéaire des Caraïbes, l'hôtel Elysium, est menacée par une série d'attaques vicieuses d'animaux marins provenant d'un naufrage à proximité. Un élève de l'instructrice de plongée Anne Kimbrough est l'une des victimes. Cependant, son ex-mari policier, Steve, refuse de la laisser voir le cadavre. Peu de temps après, deux femmes et un homme sont également tués par des piranhas ayant développé la capacité de voler. Inquiète, Anne décide d'enquêter par elle-même. Elle est accompagnée par un touriste nommé Tyler Sherman.
Une nuit, Barbara Randolph et son petit ami David se faufilent dans un site abandonné de l'armée américaine et découvrent une piscine. Alors qu'ils vont y nager, ils sont attaqués et tués par une force invisible dans la piscine. Le lendemain, J. R. Randolph, l'oncle de Barbara, engage la détective privée Maggie McNamara pour enquêter sur l'incident.
Alors que la ville de Lake Victoria en Arizona s'apprête à recevoir des milliers d'étudiants pour le spring break, Matt Boyd pêche tranquillement au beau milieu d'un lac situé dans une ancienne zone archéologique. Il assiste alors à un tremblement de terre causant un tourbillon sous-marin. Cela libère des centaines de piranhas préhistoriques, jusqu'alors bloqués dans une grotte sous-marine. Matt Boyd tombe à l'eau et est dévoré.
En ville, Jake Forester désobéit aux ordres de sa mère Julie, qui n'est autre que le shérif de Lake Victoria. Jake décide d'accompagner sur un bateau un groupe de personnes faisant des vidéos pornographiques : Derrick Jones, Drew Cunningham et les deux actrices Danni et Crystal. Jake laisse son frère Zane et sa sœur Laura chez eux en leur interdisant de quitter la maison. Les deux enfants désobéissent à leur tour et partent en barque sur le lac.
Un an après le massacre de Lake Victoria dans l'Arizona, une campagne d'éradication a rendu le lac inhabitable et la ville a été en grande partie désertée. À Cross Lake, deux fermiers fouillent les eaux. Des œufs de piranha, pondus à l'intérieur d'une carcasse de vache, éclosent et tuent les agriculteurs.
Maddy, étudiante en biologie marine, rentre chez elle pour l'été. Elle retrouves le parc aquatique Big Wet, dont elle est copropriétaire avec son beau-père Chet. Elle découvre que ce dernier prévoit d'ajouter une nouvelle section pour adultes dans le parc aquatique. Cela impliquant de la nudité, Maddy désapprouve. Il ignore par ailleurs que Chet s'est mis à alimenter le parc avec l'eau d'un puits qu'il a creusé et qui mène jusqu'à un lac souterrain. Bien sûr, il ignore que ce lac abrite des piranhas préhistoriques.
Pour l'inauguration de la zone pour adultes du parc, de nombreux invités sont présents dont l'adjoint du shérif Fallon et l'ancien caméraman Andrew Cunningham. Fallon est là dans l'espoir de surmonter sa peur de l'eau après avoir été attaqué il y a un an et avoir perdu ses jambes. Maddy recroise son ex-petit ami Kyle et ses amis Barry, Ashley et Shelby. Shelby et son petit ami Josh vont se baigner dans le lac. Un piranha pénètre dans son vagin. De nombreuses autres victimes vont suivre. Aidée de ses amis Barry et Kyle, Maddy va tenter de sauver la ville.
