Trama
« Il cuore di una donna è un profondo oceano di segreti. Ma ora sapete che c'era un uomo di nome Jack Dawson, e che lui mi ha salvato, in tutti i modi in cui una persona può essere salvata. Non ho nemmeno una sua foto... non ho niente di lui, vive solo nei miei ricordi. »
(Rose, da anziana, svela la sua storia con Jack)
Atlantico del nord, 1996. Il cacciatore di tesori Brock Lovett sta conducendo una spedizione per recuperare dal relitto del transatlantico RMS Titanic un favoloso diamante, il Cuore dell'Oceano, andato perduto durante l naufragio e che era proprietà di un passeggero di nome Caledon Hockley. Lovett e la sua squadra riescono a riportare in superficie la cassaforte di Hockley; al suo interno, però, non trovano il Cuore dell'Oceano, bensì un disegno ritraente una giovane ragazza nuda con indosso il diamante e datato 14 aprile 1912, il giorno precedente il naufragio. Un'anziana vedova, Rose Dawson Calvert, viene a sapere del ritrovamento (guardando la TV, dove Lovett annuncia il suo fallimento del recupero del diamante) e contatta lo stesso Lovett, sostenendo di essere lei la donna del ritratto e di essere in realtà Rose DeWitt Bukater, una passeggera della prima classe del Titanic ritenuta morta nell naufragio; accertata la sua identità, Rose accetta di raccontare la propria storia e cosa accadde durante il suo viaggio sul Titanic.
Nell'aprile del 1912, l'allora diciassettenne Rose DeWitt Bukater si imbarca sul Titanic assieme alla madre, Ruth, e al fidanzato, Caledon Hockley. Quest'ultimo è un uomo facoltoso, ma anche arrogante e classista e Rose ha accettato il fidanzamento solo dietro pressione di Ruth, per salvare la famiglia dalla bancarotta (a causa del padre che, in segreto, sparì lasciando la moglie e la figlia piene di debiti). Alla sera del secondo giorno di navigazione, Rose, profondamente infelice, in un momento di depressione sta per tentare il suicidio gettandosi dalla poppa del Titanic, ma viene persuasa a rinunciare da Jack Dawson, un giovane e squattrinato artista giramondo che ha vinto il biglietto per il Titanic giocando a poker. Rose, nel tornare a bordo sulla nave, scivola e viene salvata da Jack, ma le sue urla attirano i marinai della nave, che equivocano la situazione: Jack è accusato di aver molestato Rose, ma la ragazza mente per proteggerlo e anche Jack tace sul tentato suicidio di Rose. Per ringraziare il ragazzo del salvataggio, viene invitato per cenare al loro tavolo per domani sera. Il giorno dopo, trascorrendo un po' di tempo insieme e passeggiando sul ponte, tra i due si instaura così una complicità che nei giorni successivi si trasforma in un'amicizia sempre più profonda, fino a sfociare nell'amore. Dopo aver cenato nella Sala da Pranzo insieme agli altri, Rose e Jack passano alcune ore divertendosi nella Sala da Ballo della terza classe, dove Lovejoy (il maggiordomo di Cal) li ha seguiti e spiati. Il giorno dopo, Cal (informato da Lovejoy) e Rose hanno una discussione e lui le rinfaccia prepotentemente di esserle fedele (perché crede che la fidanzata si sia comportata male durante la festa con Jack), per poi lasciarla in lacrime. Ruth si rende conto dell'attrazione tra la figlia e Jack e impone a Rose di non frequentare più il giovane; Rose, inizialmente, si sottomette al volere della madre, ma infine comprende di dover seguire i propri sentimenti e la ragazza e Jack si dichiarano il reciproco amore sulla prua del Titanic la sera del 14 aprile. Rose, poi, chiede a Jack di realizzare un ritratto di se stessa con indosso il Cuore dell'Oceano, un dono di Cal per lei, come ultimo sberleffo nei confronti del fidanzato. Quello stesso ritratto rimarrà nella cassaforte di Cal fino al ritrovamento da parte della squadra di Lovett. Più tardi i due novelli innamorati vengono scoperti e inseguiti da Lovejoy, che tuttavia non riesce a raggiungerli e fermarli. Dopo aver fatto l'amore nella Sala Postale (nelle viscere della nave) dove si sono rifugiati, Rose e Jack, divenuti una coppia in tutto e per tutto, progettano di scendere a terra insieme una volta che la nave sarebbe arrivata in America e si scambiano un bacio appassionante in coperta.
Durante la notte, le vedette Frederick Fleet e Reginald Lee avvistano un iceberg proprio di fronte alla nave; viene dato subito l'allarme e il primo ufficiale William Murdoch tenta una manovra disperata per evitare la collisione, ma è troppo tardi: il lato destro della prua striscia contro la montagna di ghiaccio, che provoca diverse falle nello scafo. Jack e Rose assistono alla collisione e ascoltano gli ufficiali e gli ingegneri di bordo discutere dell'accaduto, comprendendo la gravità della situazione. I due corrono ad avvisare Cal e Ruth, ma Hockley, che ha trovato il ritratto ed è furioso con i due innamorati, fa in modo che Jack sia accusato di aver rubato il Cuore dell'Oceano. Jack viene arrestato e rinchiuso nei meandri della nave, mentre sul Titanic sono in corso le prime manovre d'emergenza.
Il comandante Edward Smith viene informato dal costruttore capo Thomas Andrews che è impossibile impedire l naufragio della nave (dato che il danno causato dall'iceberg era troppo esteso) e che sul Titanic sono presenti lance di salvataggio sufficienti a malapena per metà delle persone a bordo; sconvolto, dà l'ordine di far imbarcare sulle lance prima le donne e i bambini e invia una richiesta di soccorso, ma la nave più vicina, il Carpathia, raggiungerà la posizione del Titanic non prima di quattro ore, troppo tardi per venire in aiuto del transatlantico, che affonderà entro due ore al massimo.
Rose rifiuta di imbarcarsi sulle lance e abbandona Ruth e Cal per andare a liberare Jack, ammanettato in un ufficio all'interno del Titanic, che si sta allagando sempre di più e sempre più velocemente. Grazie anche all'aiuto di Andrews, Rose riesce a salvare l'amato dall'annegamento e i due raggiungono il ponte; Cal, disperato ed incapace di accettare la sconfitta, in un impeto di follia tenta di uccidere Jack e Rose, che fuggono nei ponti inferiori della nave, ormai quasi del tutto sommersi. Cal è costretto a lasciarli andare, ma realizza con disappunto di aver dato a Rose il proprio cappotto con il Cuore dell'Oceano in una delle tasche e si lascia andare ad una risata isterica.
Jack e Rose rischiano di rimanere intrappolati, ma riescono comunque a tornare sul ponte principale, dove ormai regna il caos più totale; quasi tutte le lance sono ormai partite e gli ufficiali devono ricorrere a mezzi estremi per mantenere l'ordine in un clima di panico ormai quasi incontrollabile. Le acque dell'oceano Atlantico sono gelide e l'unico modo per poter sopravvivere, ormai, è restare sulla nave il più a lungo possibile. Durante le fasi finali dell naufragio muoiono sia il comandante Smith che Andrews, che hanno scelto di condividere il destino del Titanic, mentre Joseph Bruce Ismay, amministratore della White Star Line, la compagnia che ha costruito il transatlantico, è riuscito a salvarsi imbarcandosi di soppiatto su una delle ultime lance.
Il Titanic, inclinatosi sempre di più, si spezza in due tronconi: la prua affonda immediatamente, mentre la metà di poppa, su cui si sono rifugiati Jack e Rose, rimane a galla ancora per qualche minuto. Inabissatasi anche la parte di poppa, Jack e Rose si ritrovano in mare in mezzo a tutti i passeggeri rimasti, molti dei quali già morti assiderati. Le lance si sono allontanate per evitare di essere assaltate dai naufraghi e a nulla valgono i tentativi di Molly Brown, una volitiva e coraggiosa passeggera di prima classe, di convincere qualcuna di esse a fare marcia indietro. Jack e Rose riescono a trovare un frammento della nave su cui salire, ma esso può sostenere il peso di una sola persona e Jack lo cede a Rose, permettendo alla ragazza di resistere al freddo, e facendole promettere di sopravvivere e vivere una vita lunga e avventurosa; poco dopo, Jack muore di ipotermia.
Il quinto ufficiale Harold Lowe, al comando di una lancia, torna indietro in cerca di superstiti. Rose, straziata dal dolore, ma decisa a mantenere l'ultima promessa fatta a Jack, richiama la lancia e viene tratta in salvo assieme ad altre cinque persone. La mattina seguente, il Carpathia raggiunge e soccorre i naufraghi. Rose, per essere certa di non essere rintracciata dalla madre Ruth, sopravvissuta anch'ella, al momento di sbarcare a New York assume l'identità di “Rose Dawson”, usando per amore il cognome di Jack; Rose de Witt Bukater viene così dichiarata deceduta nel naufragio. Caledon Hockley, sopravvissuto, si sposerà senza avere figli e morirà suicida nel 1929 dopo aver perso tutto nel crollo di Wall Street.
Terminato il racconto, Lovett, rendendosi conto di non aver mai veramente compreso la tragedia del Titanic, decide di abbandonare la ricerca del diamante. Quella notte, Rose, che ha segretamente custodito il Cuore dell'Oceano sin dal giorno del naufragio, getta il gioiello in mare. L'ultima scena mostra Rose nella sua cabina dove ci sono le fotografie che mostrano che ha vissuto pienamente la sua vita, ispirandosi a quella che avrebbe dovuto vivere con Jack, poi Rose si ritrova sul Titanic di nuovo giovane e raggiunge il suo amato alla Grande Scalinata della prima classe e lo bacia, mentre intorno a loro le anime dei passeggeri periti nella catastrofe applaudono.