Keiner kennt die Tiefen der sieben Meere besser als Dokumentarfilmer Steve Zissou (Bill Murray), der mit seinem „Team Zissou“ das Leben unter Wasser im U-Boot erforscht. Aber Steve hat schon bessere Zeiten erlebt und setzt nun alles auf eine Karte, um sich mit einer aufsehenerregenden und womöglich letzten Expedition einen Platz in der Geschichte zu sichern. Bei seiner letzten Expedition kam Steves Partner Esteban du Plantier (Seymour Cassel) ums Leben, weil ihn ein bis dahin unbekannter Jaguarhai angegriffen hat. Diesem seltsamen Geschöpf will Steve nun an den Kragen. Nachdem ihn seine Frau Eleanor (Anjelica Huston) verlassen hat, die Steves Erfolglosigkeit nicht mehr ertragen konnte, trommelt der Ozeanforscher eine bunte Truppe zusammen. Zu seinen Expeditionsteilnehmern gehören der verschrobene Deutsche Klaus Daimler (Willem Dafoe), der Sicherheitsexperte Pelé dos Santos (Seu Jorge), Anne-Marie Sakowitz (Robyn Cohen), Steves angeblicher Sohn Ned Plimpton (Owen Wilson) und die schwangere Journalistin Jane Winslett-Richardson (Cate Blanchett). Schon kurz nach der Abfahrt häufen sich die Probleme und Steves langjähriger Widersacher Alistair Hennessey (Jeff Goldblum) macht die Aufgabe auch nicht leichter.

»Son of a bitch, I’m sick of these dolphins.«