England Mitte des 19. Jahrhunderts: Resigniert von der männlich dominierten Wissenschaftswelt Londons hat sich die Paläontologin Mary in ein Provinznest an der Küste im Südwesten Englands zurückgezogen. Dort hält sie sich und ihre Mutter mit dem Verkauf von Fossilien an Touristen über Wasser. Deshalb kann Mary auch das lukrative Angebot eines wohlhabenden Kunden nicht ausschlagen, der ihr seine schwermütige junge Ehefrau Charlotte zur Erholung in Obhut geben will. Kate Winslet und Saoirse Ronan spielen die fiktive Beziehung zwischen zwei historischen Persönlichkeiten - der Paläontologin Mary Anning und der Frau des schottischen Geologen Roderick Murchison.