Présentateur et explorateur, le journaliste Diego Buñuel parcourt les quatre coins du monde à la rencontre de la faune et de la flore ainsi que ceux qui vivent grâce et avec la mer. Le documentaire sensibilise sur les dangers qui menacent les mers et océans tels que la pollution, la surpêche et le réchauffement climatique. Diego Buñuel voyage également dans le but de découvrir les solutions à apporter à travers divers militants ou citoyens qui se battent pour préserver les eaux. Thalassa, aventures extrêmes, prend place du Pérou à l’Australie en passant par l'Équateur et la Polynésie jusqu’à l’Arctique et l'océan blanc.