La película sigue a un grupo de ocho personas que viven en una instalación desconocida y en ruinas. Son supervivientes de una guerra catastrófica. María (líder del grupo), Pablo (su novio), Jesús, Lucas, Mateo, Magda y la adolescente Ana viven juntos. Judas y Pedro (antiguo amante de María) viven alejados de los demás. Jesús, el único chico joven, lo graba todo con una cámara digital. Jesús y Ana visitan a Judas en el sótano siempre que pueden, ya que los trata como adultos. De camino a sus habitaciones pasan por pasillos decrépitos que están fuera de los límites, aunque Jesús deja comida para el "Niño Solitario" que vive en la zona.

Los viejos televisores muestran dibujos animados de los años 50 y películas científicas con mensajes de propaganda sobre la destrucción de un enemigo sin nombre. Otra película declara que el enemigo ha desarrollado un virus que destruye la piel, haciendo que la víctima infectada sangre constantemente pero nunca muera.

Los supervivientes no pueden salir del complejo y viven atemorizados por los "Extraños" e "Invisibles" (que sólo se ven como una niebla verde en los pasillos). La única defensa de los supervivientes es cortar la energía y el calor del complejo; la hora oscura (o fría) del título. Los "extraños" son los infectados mencionados en las películas de propaganda. Cuando la comida, los suministros médicos y la munición comienzan a agotarse, deben viajar a un depósito de suministros fuera de su zona segura subterránea.

Pablo, Pedro y Lucas son los elegidos para conseguir los suministros. Pablo se asusta cuando un extraño comienza a acecharles. Pedro aprovecha la confusión para empujar a Pablo a una habitación llena de Extraños, dejando que se infecte. La muerte de Pablo devasta a María y hace que los demás supervivientes se cuestionen su futuro. Mateo se pregunta si sería mejor que el grupo hiciera un pacto de suicidio en lugar de enfrentarse a un futuro tan sombrío.

El complejo es entonces invadido por los Invisibles. Ana tropieza con la niebla verde y trata frenéticamente de entrar en otra habitación. Mateo la rescata y se besan brevemente.

Al día siguiente, el Niño Solitario aparece porque su casa fue invadida por los Invisibles. Mientras es limpiado por los niños los otros organizan un ataque a los Extraños. Magda se entera del beso de Mateo y Ana y lo abofetea por aprovecharse. Durante el ataque Mateo y Lucas son infectados y asesinados por sus compañeros. Sin embargo, un Extraño se escapa de ellos y persigue a los niños hasta que toca a Jesús. Los niños escapan y se esconden en una nevera hasta que los demás los rescatan. Pedro quiere matar a Jesús, pero los demás se lo impiden. A diferencia de los demás, Jesús no se infecta. Más tarde, María encuentra a Pedro, que se ha vuelto paranoico y habla de las voces que hay detrás de las paredes. María le aborda y se oye disparar una escopeta. Magda, Judas y los niños encuentran a Pedro armado y a María herida. Mientras hablan, Pedro se queda mirando a lo lejos, viendo cómo los Invisibles se acercan por detrás de los supervivientes.

Pedro camina hacia las luces verdes mientras los otros huyen, apoyando a María. Mientras corren disparan a las luces. Al llegar a un garaje, Judas abre las puertas y salen al exterior por primera vez, donde es de noche. Dejan las armas y se sientan en una plaza del pueblo, rodeados de extraños. Jesús mira a su cámara digital y dice que tendrán que unirse a los Extraños, pero que al menos no les hará daño.

Jesús mira al cielo, donde la Tierra se eleva de repente por encima de los edificios. Cuando la cámara retrocede se revela que el complejo está bajo una cúpula geodésica en la Luna. La Tierra está claramente rodeada de escombros y se muestra completamente destrozada hasta la médula.