Steve Z., le chef de l'équipe océanographique "Team Zissou", sait que l'expédition qu'il conduit est sans doute la dernière, et son plus cher désir est de graver son nom dans l'Histoire. Mais tout ne peut pas être planifié comme il l'aimerait...
Les trois enfants Tenenbaum ont toujours été des génies. Mais le divorce de leurs parents a une influence négative sur leur vie. Vingt ans plus tard, leur père, se sachant mourant, souhaite se réconcilier avec eux.