Steve Zissou (Bill Murray) è un leggendario esploratore sottomarino e direttore di una serie di documentari sulla vita in mare; Tuttavia, non vive il suo meglio: la sua popolarità è in “onde basse”. Il suo migliore amico e partner, Esteban (Seyour Cassel), è stato divorato da una strana specie di squali, e un pilota aereo, NED Plimpton (Owen Wilson) appare, che garantisce essere il figlio che non ha mai saputo.
Zissou intende andare alla ricerca dello squalo Jaguar che ha assassinato il suo migliore amico per trasformarlo nella stella del suo prossimo documentario e vendicarsi la morte del suo amico. Nella spedizione organizzata dalla sua nave, il Belafonte, lo accompagnerà, tra gli altri, il suo presunto figlio, diventerà un produttore del documentario, sua moglie Eleanor (Anjelic Huston), che è anche il vicepresidente della sua azienda, un giornalista incinta Chi copre l’avventura della spedizione (Cate Blanchett), un affettuoso ingegnere tedesco (Willem Dafoe), il fisico e il compositore delle colonne sonore Vladimir Wolodarsky (Noah Taylor) e un esperto di sicurezza brasiliano che è dedicato a cantare in temi portoghesi di David Bowie Bowie , Buccia due santi (Seu Jorge), un equipaggio molto particolare.
Il film è dedicato a Jacques-Yves Cousteau.