La aclamada paleontóloga Mary Anning (Kate Winslet) tras dejar atrás una época en la que fue famosa por sus descubrimientos, trabaja por su cuenta en Lyme Regis, una localidad en la costa del sur de Inglaterra, buscando fósiles comunes para vendérselos a turistas y ganarse así un sustento para ella y su madre. Un día, turista llamado Roderick Murchison, le ofrece a Mary una gran suma de dinero por cuidar de su joven esposa, Charlotte (Saoirse Ronan), quien se está recuperando de una tragedia personal. Mary, que vive en el umbral de la pobreza, no puede permitirse rechazar la oferta. A pesar del abismo que hay entre ambas mujeres por pertenecer a mundos opuestos, descubrirán que pueden ofrecerse mutuamente lo que ambas estaban buscando: la conciencia de que no están solas. Inician así una relación que desafi ará todas las convenciones sociales y cambiará el rumbo de sus vidas.
