Tàu Kursk bơi ra biển để thực hiện diễn tập bắn thuỷ lôi giả vào chiếc Pyotr Velikiy, một tàu tuần tiễu lớp Kirov. Ngày 12 tháng 8 năm 2000 lúc 11:28 giờ địa phương (07:28 UTC), có một vụ nổ trong khi đang chuẩn bị phóng thuỷ lôi. Báo cáo đáng tin cậy duy nhất cho đến nay cho rằng nó bị gây ra do sai sót và vụ nổ của một trong những ngư lôi dùng hydro peroxide trên tàu Kursk. Mọi người tin rằng HTP, một hình thức hydro peroxide rất cô đặc được dùng làm chất đẩy cho thuỷ lôi, đã thấm qua chỗ rỉ trong vỏ thuỷ lôi. Một vụ việc tương tự đã làm mất chiếc HMS Sidon năm 1955.

Vụ nổ hoá chất với sức mạnh tương đương 100-250 kg TNT và tạo ra chấn động 2.2 trên thang Richter. Chiếc tàu ngầm chìm xuống độ sâu 108 mét (354 ft), khoảng 135 km (85 dặm) từ Severomorsk, tại 69°40′B 37°35′Đ / 69,667°B 37,583°Đ / 69.667; 37.583. Một vụ nổ thứ hai 135 giây sau vụ nổ đầu tiên ở mức 3.5 tới 4.4 độ Richter, tương đương với 3-7 tấn TNT.[2] Một trong những vụ nổ đó đã thổi bay những mảnh vỡ lớn xuyên qua tàu ngầm.