Steve Zissou (Bill Murray) líder del equipo oceanográfico “Zissou” está a punto de iniciar lo que probablemente será su última expedición. Steve quiere conseguir un lugar en la historia de las expediciones acuáticas. En el viaje se embarcan Ned Plimpton (Owen Wilson), que puede ser –o no– el hijo de Zissou; Jane Winslett-Richardson (Cate Blanchett), reportera de la Oceanographic Explorer; y Eleanor (Anjelica Huston), la inexpresiva mujer de Steve, conocida también como "la cabeza pensante del Equipo Zissou". En su expedición, Zissou se enfrentará a todo tipo de elementos, desde un motín hasta el ataque de los piratas o el hallazgo de un posible “tiburón jaguar”, y finalmente no tendrá más remedio que reconocer que no todo puede ser planeado en esta vida.