年輕的記者邁克爾與侄女艾米在佛羅里達海岸發現一只被漁網纏繞的神秘生物，這只擁有女性上半身和魚類尾鰭的生物展現出驚人的智慧與美感。通過翻譯學家洛蕾托·帕拉爾塔飾演的海洋專家協助，他們確認這正是傳說中的美人魚。隨著政府官員杰瑞德·桑德勒與生物公司代表阿曼多·古鐵雷斯組成的捕獲團隊逼近，三人組必須破解美人魚的生物密碼。在雪莉·麥克雷恩飾演的退休海洋學家幫助下，他們發現美人魚體內存在維持生命平衡的獨特酶群。最終通過黛漢恩·卡羅爾飾演的海洋保護官介入，眾人合力在漲潮時分將美人魚送回深海保護區。片尾彩蛋顯示珊娜·科林斯飾演的年輕生物學家正在追蹤新的海洋異常信號。