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.

Cada año en la Antártida da comienzo un emocionante y hermoso viaje. Cientos de miles de pingüinos emperador abandonan la seguridad del océano para adentrarse en la desértica tierra helada. Una región tan dura y extrema que ningún otro ser vivo se atreve a habitar. Toda la comunidad de pingüinos marcha a través de este difícil paisaje de hielo con resolución y valentía, conducidos por su necesidad de reproducirse.
Tras decenas de kilómetros y tras poner un único huevo, la madre regresa al mar para comer mientras el padre se queda para incubar el huevo a la espera de que la madre regrese. El padre permanece 4 meses incubando y sin alimentarse. Cuando los pequeños nacen, la madre tan sólo tiene 48 horas para regresar o ellos morirán. Todo en condiciones extremas, con temperaturas de más de 40 grados bajo cero.

La legendaria oceanógrafa Sylvia Earle se ha embarcado en una misión personal para salvar el océano. Mission Blue (Misión azul), rodada a lo largo de tres años en numerosas localizaciones de todo el mundo, recorre el extraordinario viaje personal de Sylvia, desde sus primeros recuerdos explorando el océano cuando era una niña, pasando por sus días al frente de una audaz misión submarina en las Islas Vírgenes, hasta su experiencia como jefa científica de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y mucho más.
La película entrelaza hábilmente su singular historia personal con la pasión que consume a Sylvia en la actualidad: la creación de un sistema de parques nacionales para el océano que ella denomina 'Hope Spots' (Lugares de esperanza). Sylvia cree apasionadamente que este ambicioso plan es la mejor manera de recuperar la salud del océano. Pero a medida que viaja a puntos tan lejanos como el Golfo de México, las Islas Galápagos, el Mar del Coral y más allá, queda claro lo desalentadores que son realmente los retos a los que nos enfrentamos.