1. Prologi :Elokuva alkaa nykypäivän tutkimusmatkalla Titanicin hylkylle, jota johtaa aarteenmetsästäjä Brock Lovett. Rose DeWitt Bukater, 100-vuotias nainen, tuodaan tutkimusaluksen kyytiin ja paljastaa selvinneensä Titanicin uppoamisesta.
2. Osa I:Alukseen nousu :Elokuva palaa sitten vuoteen 1912, kun Rose astuu Titanicille varakkaan sulhasensa Caledon Hockleyn kanssa. Rosen äiti Ruth matkustaa myös heidän kanssaan. He purjehtivat Southamptonista Englannista aluksen neitsytmatkalle.
3. Osa II:Uppoaminen :Elokuva kuvaa tapahtumia 14.–15. huhtikuuta 1912 välisenä yönä, kun Titanic törmää jäävuoreen ja uppoaa Pohjois-Atlantin valtamerellä. Rose ja Jack Dawson, kolmannen luokan matkustaja, jonka hän tapaa laivalla, ovat romanttisessa suhteessa aluksen uppoamisen yhteydessä.
4. Osa III:Jälkityöt :Elokuva päättyy Rosen kertomaan kokemuksistaan Titanicilla Lovettille ja hänen miehistölle. Hän paljastaa, että hän säilytti Heart of the Ocean -kaulakorun, arvokkaan timantin, joka varastettiin Caledonista, ja heittää sen mereen. Elokuva päättyy siihen, että Rose kuolee rauhallisesti unissaan.