Ünlü okyanus araştırmacısı Steve Zissou, ekibiyle gerçekleştirdiği bir sefer sırasında en yakın ortağını kaybeder. Onu öldüren efsanevi jaguar köpekbalığını bulup intikam almak için yeni bir yolculuğa çıkmaya karar verir.

Bu macera sırasında Zissou'nun hayatına, uzun zamandır görmediği karısı, ekibindeki gerginlikler ve kendisini babası olarak tanıyan genç bir pilot dahil olur. Araştırma gemisi Belafonte'de geçen bu yolculuk, beklenmedik tehlikeler ve kişisel hesaplaşmalarla doludur.

Zissou ve ekibi, köpekbalığının peşinden giderken okyanusun derinliklerinde hem doğanın hem de insan ilişkilerinin karmaşıklığıyla yüzleşirler. Bu arayış, sadece bir intikam hikayesi olmaktan çıkarak Zissou'nun geçmişi ve geleceğiyle ilgili derin sorgulamalara dönüşür.