Im 19. Jahrhundert, mitten im viktorianischen Zeitalter, arbeitet die einst gefeierte, aber nicht anerkannte Fossiliensammlerin Mary Anning (Kate Winslet) allein an der rauen Südküste Englands. Dort hält sie sich und ihre von Krankheit gezeichnete Mutter mühsam mit dem Verkauf von Fossilien an Touristen über Wasser. Als ein wohlhabender Kunde Mary mit der Pflege seiner schwermütigen Frau Charlotte (Saoirse Ronan) betraut, kann sie es sich nicht leisten, sein Angebot auszuschlagen. Mary begegnet ihrem ungewollten Gast zunächst kühl und abweisend. Trotzdem entwickelt sich zwischen den beiden Frauen bald eine leidenschaftliche Begierde, die alle gesellschaftlichen Konventionen ins Wanken bringt und den Lebensweg beider Frauen unwiderruflich verändern wird.