Năm 1934, Marie-Laure LeBlanc, cô gái mù, 6 tuổi sống cùng cha là thợ khóa chính tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Paris. Tại đây, cô nghe những lời đồn thổi về một viên đá quyền năng giấu kín trong viện bảo tàng, thứ có thể giúp cho người nắm giữ nó có khả năng bất tử nhưng cái giá phải trả là sự bất hạnh sẽ xảy đến với những người xung quanh họ. Để phá bỏ lời nguyền, người nắm giữ phải trả viên đá về đại dương, nơi nó thuộc về. Trong khi đó, tại nước Đức xa xôi, cậu bé mồ côi 8 tuổi Werner Pfennig sống cùng em gái và những đứa trẻ khác ở một trại tế bần gần mỏ than trong thị trấn Zollverein. Một ngày nọ, cậu tìm được một chiếc điện đài hỏng và mò mẫm sửa chữa nó. Kể từ đó, cậu học tập khả năng sửa chữa các thiết bị điện tử, nuôi dưỡng từ những chương trình phát thanh khoa học không rõ nguồn gốc mà cậu và em gái nghe được từ chiếc điện đài của họ.

Khi Đức Quốc Xã xâm lược nước Pháp năm 1940, Marie-Laure cùng cha phải bỏ trốn đến một thành phố ven biển là Saint-Malo, nơi ông chú Etienne, một cựu chiến binh trong thế chiến thứ nhất, bị sang chấn bởi cái chết của anh trai ông, cũng là binh sĩ trong cuộc chiến, sinh sống. Trong khi đó, cha của Marie-Laure đang mang theo một trong ba bản sao của viên đá lửa biển truyền thuyết, thứ ông được giao phó nhằm tránh cho viên đá rơi vào tay quân Đức. Nhiều tháng sau, khi đang chế tác mô hình thu nhỏ thành phố Saint-Malo (thứ giúp con gái ông có thể dễ dàng phân biệt các con đường), ông bị bắt và đưa sang Đức. Trước khi đi, ông đã để viên đá lại trong chính chiếc mô hình tặng con gái mình. Thứ sau này khiến chính Marie-Laure gặp nguy hiểm. Kể từ đó, cô sống với ông chú của mình cùng bà Manec, một người hầu gái lâu đời của gia tộc trong căn nhà của ông. Trong khi đó, một sĩ quan người Đức, một kẻ thích săn tìm những viên đá quý đang săn lùng viên đá lửa biển. Hắn tin rằng viên đá có thể giúp hắn chữa khỏi căn bệnh ung thư quái ác đang gặm nhấm thân xác mình.

Ở Đức, tài năng sửa chữa của Werner giúp cho cậu có được một vị trí trong Học viện Chính trị quốc gia ở Schulpforta. Tại đây, cậu đã phát huy những năng lực tốt nhất trong việc chế tạo các thiết bị điện tử, đồng thời tâm trí cậu cũng dần hoài nghi về sự thật đằng sau chế độ mà cậu tôn sùng. Tuy nhiên, vì cáo buộc khai gian tuổi, cậu bị gửi ra tiền tuyến, nơi nhiệm vụ của cậu trở nên hết sức nặng nề khi phải dùng những phát minh của mình hòng dò dấu vết quân thù. Phải chứng kiến những hành động đẫm máu của đồng đội khiến cho lòng tin của cậu lung lay hơn bao giờ hết.

Trong lúc đó, ở nước Pháp bị chiếm đóng, bà Manec cùng những người bạn tiến hành kế hoạch kháng chiến. Kế hoạch được thực hiện trót lọt nhiều lần, nhưng rồi bà Manec lại qua đời trong một cơn bạo bệnh. Vì lẽ đó, Marie-Laure và ông chú Etienne phải tiếp tục công việc còn đang dang dở ấy. Họ truyền tin tức, thông báo và tín hiệu mật thông qua một hệ thống thông tin liên lạc đặc biệt kết nối với máy phát sóng trên mái nhà ông Etienne. Nhưng rồi, trớ trêu thay, chính Werner lại là người dò ra tín hiệu đó. Tuy nhiên, khi cậu dò được, máy phát lại đang bật bản thu âm Clair de lune, cùng chương trình phát thanh quen thuộc mà cậu nghe lúc nhỏ. Ký ức trong cậu ùa về và trong giây phút đấu tranh nội tâm quyết liệt, cậu đã quyết định không vạch trần họ.

Khi quân Đồng minh oanh tạc Saint-Malo, Werner bị giam bên dưới đống đổ nát của một hầm trú ẩn. Tuyệt vọng, cậu loay hoay với những thiết bị có sẵn và chế tạo được một máy thu tín hiệu. Cũng trong lúc này, trên tòa nhà của ông Etienne, Marie-Laure đang bị tay sĩ quan săn lùng ráo riết, phải trốn lên gác mái. Trong cơn đói khát bủa vây, cô quyết định mở chiếc máy phát sóng và đọc nốt phần còn lại của quyển sách đang đọc dở Hai vạn dặm dưới đáy biển. Cô hy vọng nó sẽ truyền đến được ông chú của mình (ông đã bỏ đi và bị bắt tối hôm trước). Tình cờ, âm thanh của cô cùng tiếng kêu cứu sau đó truyền đến tai Werner. Cậu quyết định phải thoát khỏi đó và đến gặp cô.

Werner sau bao nỗ lực cũng thoát khỏi căn hầm đổ nát và đến nhà ông Etienne. Nơi đây, cậu gặp tay sĩ quan người Đức đang săn lùng viên đá. Sau một lúc chần chừ, cậu đã chính tay kết liễu sĩ quan cấp trên của mình. Cậu giải thoát cho Marie-Laure. Mặc dù chỉ gặp nhau trong khoảnh khắc ngắn ngủi, họ trở nên gắn kết với nhau như hai người thân thiết. Werner đã yêu cô. Và hai người cùng nắm tay nhau thoát khỏi căn nhà. Trên đường đi, Marie-Laure đã đem viên đá trả lại cho biển cả. Hai người sau đó bị chia cách khi cô được giải cứu bởi quân Đồng minh, còn Werner bị bắt và đưa đến trại tù binh chiến tranh do quân Mỹ kiểm soát. Cậu được xác nhận là đã chết khi một người lính đến báo tin về cái chết của cậu cho em gái cậu.

Ba mươi năm sau, đồng đội Werner, cựu binh Đức Volkheimer đến gặp Jutta, em gái cậu và trao lại những kỉ vật của cậu, trong đó có một mô hình ngôi nhà nơi đã cất giấu viên đá lửa biển mà Marie-Laure tặng cậu lúc hai người chia xa. Jutta mang kỉ vật ấy đến Đức và tìm gặp Marie-Laure, lúc bấy giờ đã là một nhà sinh vật học làm việc tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Paris. Cô trao lại kỉ vật cho chủ nhân của nó. Câu chuyện kết thúc vào năm 2014 khi Marie-Laure, lúc này đã 86 tuổi, đang đi dạo cùng với người cháu nội của mình trong một công viên ở thủ đô Paris.