« Projet Chimère » est un thriller à suspense qui mêle mystère scientifique, intrigues militaires et complot mondial. Le Dr Aris Thorne, un opérateur radio solitaire, tombe par hasard sur d'étranges signaux rythmiques provenant des profondeurs de l'océan. Au début, il pense que c'est un phénomène naturel, mais leur persistance et leur évolution suggèrent rapidement une origine artificielle.
En déchiffrant des fragments, il se rend compte qu'il s'agit de messages provenant d'un satellite submergé et lourdement blindé, vestige d'une expérience catastrophique tombée dans l'oubli. L'enquête de Thorne attire l'attention du commandant Evelyn Reed, un officier de la marine qui a pour mission secrète d'empêcher toute divulgation d'informations sur l'expérience. Parallèlement, l'agent O'Connell de la NSA, alerté par des signatures énergétiques inhabituelles, mène sa propre enquête, considérant dans un premier temps Thorne comme un élément potentiellement dangereux.
Les signaux révèlent une expérience militaire dévastatrice sur une arme biologique, le « Projet Chimère », conçue pour contrôler la vie marine, qui a terriblement mal tourné, mutant et se propageant de manière incontrôlable dans les plaines abyssales.
Le cœur du conflit réside dans la course contre la montre pour empêcher l'arme biologique mutante d'atteindre la surface et de provoquer une catastrophe écologique mondiale. Thorne, Reed et finalement O'Connell doivent naviguer dans un paysage périlleux fait de dissimulations gouvernementales, de merveilles technologiques des profondeurs marines et de la menace toujours croissante et en constante évolution des « Chimères », désormais une entité sensible et évolutive. Ils découvrent que le Dr Kenji Tanaka, l'architecte du projet, tente d'utiliser les mutations à des fins malveillantes, ce qui mène à une confrontation désespérée dans les profondeurs écrasantes de la fosse des Mariannes.