El famoso oceanógrafo Steve Sissou (Bill Murray) y su tripulación emprenden una expedición acuática para capturar al misterioso, único y posiblemente inexistente tiburón Jaguar, que acabó con la vida de su mejor amigo. Le acompañan en su viaje un joven co-piloto que puede o no ser hijo de Zissou (Owen Wilson), una hermosa periodista (Cate Blanchett) encargada de escribir un artículo sobre el capitán y la peculiar esposa de éste, Eleanor (Angélica Huston). Pero el viaje se complica y la tripulación tendrá que afrontar todo tipo de contratiempos tales como un ataque pirata, el rapto de un compañero, la bancarrota del proyecto.