Ahli kelautan terkenal Steve Zissou telah bersumpah untuk membalas dendam terhadap hiu langka yang melahap salah satu anak buahnya. Selain anak buahnya yang biasa, ia juga ditemani di kapalnya oleh Ned, seorang pria yang meyakini bahwa Zissou adalah ayahnya, dan Jane, seorang jurnalis yang sedang hamil oleh seorang pria yang sudah beristri. Mereka mengarungi lautan, sering kali bertemu dengan bajak laut dan, yang mungkin lebih traumatis, berbagai tokoh dari masa lalu Zissou, termasuk mantan istrinya, Eleanor.