Den internationalt anerkendte oceanograf Steve Zissou og hans medarbejdere, Team Zissou, sejler ud på jagt efter den mystiske, snu og måske ikke-eksisterende Jaguarhaj, der tog livet af Zissous partner under optagelserne til deres seneste dokumentarfilm. På deres fantastiske rejse får de selskab af en ung trafikpilot, der muligvis er Zissous søn, en smuk journalist, der skal skrive et portræt af ham og endelig Zissous ex-kone. Undervejs mod et mål, der måske slet ikke findes, skal de overstige problemer som pirateri, kidnapping og bankerot!