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Der Ozeanograph und Filmemacher Steve Zissou ist nicht auf der Höhe: Seine Ehe bröckelt, seine Dokumentationen kommen nicht mehr gut an und ein Riesenhai hat seinen besten Freund gefressen. Zissou plant eine Expedition, um Rache an dem Tier zu nehmen, begleitet von einem bunt zusammengewürfelten Team.
Nach dem Tod ihres Mannes verlässt Kyle mit ihrer kleinen Tochter Julia Deutschland im Flugzeug in Richtung USA. Als sie erwacht, ist Julia weg, und offenbar kann sich niemand an Bord an sie erinnern. Kann es sein, dass Julia mit Kyles Gatten beim Unfall gestorben ist und die Mutter diesen Umstand verdrängt?