Nic (Annette Benning) i Jules (Julianne Moore) són una parella de lesbianes que viuen amb els seus dos fills adolescents: Joni (Mia Wasikowska) i Laser (Josh Hutcherson), tots dos fruit de la inseminació artificial. El que obsessiona els dos nois és conèixer el seu pare biològic (Mark Ruffalo). Per un caprici del destí el troben i decideixen que formi part de les seves vides, encara que naturalment ensopegaran amb l'oposició de les mares. Però aquest no serà l'únic problema.

En un club de jazz del moll de Santa Monica, un jove mariner de permís, Johnny, coneix casualment la Mora, noia enigmàtica que treballa simulant ser una sirena en una atracció de la fira. Enamorat i fascinat per la Mora, aviat se n'assabenta que tots els nois que han festejat amb ella han mort de forma sobtada en estranyes circumstàncies. Els advertiments, els mals auguris i l'estrany comportament de la Mora faran sospitar Johnny que potser es tracta d'una sirena de debò, una criatura de les profunditats que assassina els homes que l'estimen durant les nits de lluna plena.