La serie se sitúa después de la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años y recrea los animales del periodo Cenozoico mediante imágenes creadas por ordenador. En el primer episodio comienza hace 49 millones de años cuando la tierra se había recuperado de esta extinción masiva, Europa era una jungla tropical, las aves dominaban la tierra y cazaban mamíferos diminutos y los antepasados de las ballenas caminaban sobre la tierra.

A principios de los 90 del siglo pasado parecía que el mundo se había unido. En la Cumbre de la Tierra de Río las naciones firmaron un programa de acción para empezar a atajar el cambio climático. Pero el consenso no duró. El Dr. Iain Stewart investiga el contra ataque que fue desplegado por los escépticos del cambio climático. Argumentaban que el planeta no se estaba calentando, que si así fuera no era inusual, y que lo que estuviera pasando con el clima no tenía nada que ver con la emisión humanas de gases de efecto invernadero. Iain entrevista ahora alguno de estos escépticos y descubre como sus posiciones han cambiado con el tiempo.

James Cameron nos lleva a algunos de los paisajes más profundos, extremos y desconocidos de la Tierra en busca de las extrañas criaturas que allí viven. Junto a él, un equipo de jóvenes científicos de la NASA y biólogos marinos, que consideran que estas formas de vida son las que algún día podríamos encontrar en el espacio exterior, no en planetas distantes de estrellas lejanísimas, sino en los océanos de nuestro propio sistema solar.
Misterios del Océano es el resultado de varias expediciones a las fuentes hidrotermales de las fosas oceánicas. Allí las interacciones entre el mar y las rocas fundidas crean plumas de agua sobrecalentada y cargada de minerales que son un oasis para animales como ninguno antes descubierto. Gusanos de dos metros sin estómago, cangrejos blancos ciegos, gambas que ven el calor, todos compitiendo para encontrar el lugar correcto entre los flujos de aguas hirvientes y los nutrientes.