《日本沉没2020》以高中生矶村龙司一家的经历为主线展开。龙司与父亲关系紧张，母亲温柔，妹妹萌菜患有心脏病。地震频发后，日本列岛地质活动异常加剧。龙司所在学校组织修学旅行时遭遇强烈地震，他和同学开始了艰难求生。与此同时，政府和专家们察觉到日本面临沉没危机。龙司一家在灾难中不断分离又团聚，他们要应对海啸、火山爆发等各种灾难。在这个过程中，龙司逐渐理解父亲，一家人相互扶持。随着时间推移，日本列岛大部分地区被海水淹没，人们努力寻找生存的希望，影片展现了在末日灾难面前人性的光辉与挣扎。