Negli anni '40 del 1800, la celebre paleontologa autodidatta Mary Anning (Kate Winslet) lavora da sola sulla costa selvaggia e brutale di Lyme Regis, nell'Inghilterra meridionale. Qui va in cerca di fossili comuni per venderli ai turisti per sostentare se stessa e la madre vedova e malata. Quando un turista, Roderick Murchison, arriva a Lyme, incarica Mary di prendersi cura della sua giovane moglie, Charlotte (Saoirse Ronan), che si sta riprendendo da una tragedia personale. Mary, non può permettersi di rifiutare, ma, orgogliosa e implacabilmente appassionata per il suo lavoro, si scontra con la sua ospite indesiderata. Sono donne provenienti da mondi diversi. Eppure, Mary e Charlotte scoprono che possono offrirsi a vicenda ciò di cui hanno bisogno: la consapevolezza di non essere sole. È l'inizio di una storia d'amore pervasiva e appassionata che sfiderà ogni convenzione sociale e cambierà irrevocabilmente il corso della vita di entrambe.
