Steve Zissou, explorateur des fonds marins, part pour ce qui semble sa dernière expédition. Il désire tuer un énorme requin-jaguar, qui lui a ravi un membre de son équipe. Parmi les membres de sa nouvelle équipe, Steve Zissou compte sa femme Eleanor, cerveau de l’exploration, Ned Plimpton, qui se pourrait être son fils, et une jeune journaliste, Jane Winslett-Richardson.