Na Inglaterra de 1840, a aclamada — mas esquecida — caçadora de fósseis Mary Anning (Kate Winslet) trabalha sozinha na acidentada costa sul do pais. Com os dias de suas famosas descobertas para trás, ela agora procura fósseis comuns para vender aos turistas e sustentar a si mesma e a sua mãe doente.

Quando um visitante rico confia a Mary os cuidados de sua esposa Charlotte Murchison (Saoirse Ronan), ela não pode recusar sua oferta. Orgulhosa e implacavelmente apaixonada por seu trabalho, Mary inicialmente entra em conflito com seus convidados indesejados, mas apesar das distâncias entre suas classes sociais e personalidades, um intenso vínculo começa a se desenvolver, obrigando as duas mulheres a determinar a verdadeira natureza de seu relacionamento.