XIXe siècle, sur la côte anglaise. Mary Anning est réputée pour sa découverte de fossiles d'ammonites, un mollusque préhistorique. Avec réticence, la paléontologue autodidacte accueille le scientifique Roderick Murchison, venu de Londres pour apprendre ses méthodes. D'un naturel renfrogné et solitaire, Mary accepte de collaborer avec cet admirateur, en échange d'une somme d'argent conséquente. C'est également l'argument monétaire qui la convainc de s'occuper de Charlotte, l'épouse de Roderick, lorsque ce dernier part en mission d'exploration à travers le monde. Neurasthénique depuis une fausse couche, la jeune Londonienne n'est guère enchantée par cet arrangement. Mais lorsqu'une baignade imprudente la rend malade et la force à garder le lit, Mary la soigne avec un dévouement inédit. Se développe alors entre les deux femmes une tendre complicité, qui se mue en passion amoureuse.