Ambientada en 1840, Ammonite sigue a la aclamada paleontóloga autodidacta Mary Anning (Kate Winslet), quien trabaja sola en la salvaje y brutal costa sur de Inglaterra. Tras los días de sus famosos descubrimientos, ahora busca fósiles comunes para venderlos a turistas ricos para mantenerse a sí misma y a su madre enferma. Cuando uno de esos turistas, Roderick Murchison, llega a Lyme en la primera etapa de una gira europea, le confía a Mary el cuidado de su joven esposa Charlotte (Saoirse Ronan), que se está recuperando de una tragedia personal. Mary, cuya vida es una lucha diaria en la línea de la pobreza, no puede permitirse rechazarlo, pero, orgullosa y apasionada por su trabajo, choca con su invitada no deseada. Sin embargo, a pesar del abismo entre las esferas sociales y las personalidades de ambas, Mary y Charlotte descubren que cada una puede ofrecer lo que la otra ha estado buscando: darse cuenta de que no están solas. Es el comienzo de una apasionada y absorbente historia de amor que desafiará todos los límites sociales.