Dans les années 1950, une expédition en Amazonie découvre, grâce à des preuves fossilisées datant du Dévonien, un lien entre la terre et les animaux marins. Le chef de l'expédition Carl Maia rend alors visite au Dr David Reed, un ichtyologiste qui travaille dans un institut de biologie marine, qui persuade à son tour le Dr Williams de financer les recherches pour retrouver d'autres preuves.
C'est l'histoire de deux apnéistes, Jacques Mayol et Enzo Molinari. Leur aventure commence dans les îles grecques dès les années 50. Gamins, les deux plongeurs se disputent déjà tous les records des profondeurs. Vingt ans plus tard, ils se retrouvent concurrents au même championnat. «Le grand bleu», c'est l'amitié de ces deux hommes, liés définitivement à la mer.
La famille Henderson fait une hallucinante découverte lors d'une ballade en forêt: Bigfoot, une créature géante entièrement recouverte de poils. Ils la ramènent chez eux, pensant qu'elle est morte. Mais Bigfoot est vivant. Lorsqu'il se réveille, il séduit tout de suite les Henderson. Mais Bigfoot va s'enfuir de sa nouvelle demeure...
A bord du "Virginian", paquebot de croisière, Danny, un mécanicien, découvre un nouveau-né abandonné dans la salle de bal désertée. Il décide de l'élever et le baptise du nom de 1900. À la mort de Danny, l'enfant, adopté par l'équipage, grandit sur le navire, voguant d'un continent à l'autre. Un jour, 1900 s'assoit au piano et révèle un don extraordinaire pour la musique. Adulte, il devient un pianiste virtuose. Les plus grands jazzmen lui rendent visite. 1900 refuse de quitter le navire. Jusqu'au jour où celui-ci est promis à la démolition.
Une équipe composée du psychologue Norman Goodman, de son ancienne compagne, la biochimiste Beth Halperin, du mathématicien Harry Adams et de l'astrophysicien Ted Fielding est dépêchée en grand secret sur un bâtiment de guerre. Cette équipe pluridisciplinaire est préparée pour communiquer avec d'éventuels extraterrestres. La marine vient en effet de repérer, gisant par trois mille mètres de fond, un immense vaisseau spatial d'où émanent de mystérieux signaux.
En 1947, Thor Heyerdahl s'embarque avec un équipage de cinq hommes sur un radeau de balsa baptisé Kon-Tiki, pour traverser le Pacifique de l'Amérique du Sud à la Polynésie. L'anthropologue se transforme en explorateur maritime afin de vérifier sa théorie, selon laquelle la population polynésienne venait d'Amérique du Sud...
Lors d'un tournage, l'équipe du film a le malheur de s'approcher près du nid d’un Piranhaconda. Demi-piranha, demi anaconda, la bête se rend compte qu'un de ses œufs lui a été dérobé. Entrant dans une rage, elle prend pour responsable l'équipe de tournage et décide de s'attaquer à eux. Pourtant c'est un scientifique non loin d'eux qui l'a volé. Afin d'apaiser le Piranhaconda et de pouvoir rentrer chez eux, le groupe se met à a recherche du mystérieux voleur d'œufs.
Missionné par un programme international d'observation de la vie sous-marine, un submersible a été attaqué par une créature gigantesque qu'on croyait disparue. Sérieusement endommagé, il gît désormais dans une fosse, au plus profond de l'océan Pacifique, où son équipage est pris au piège. Il n'y a plus de temps à perdre : Jonas Taylor, sauveteur-plongeur expert des fonds marins, est engagé par un océanographe chinois particulièrement visionnaire, contre l'avis de sa fille Suyin.