Осторожно, возможен спойлер:
Посередине киносюжета «Аммонит» разыскиваются две девушки - Мэри Аннинг, которую играет Кейт Уинслет, и Шарлотта Морай, значимость которой оправдывает Сиена Миллер. Действие происходит в 1840-х годах на побережье британского Дорсета, знаменитого своими ископаемыми. Мэри, увлеченная поиском классических окаменелостей, ведет замкнутый образ жизни, страдая от предвзятости общества и экономических трудностей. Шарлотта - девушка из более обеспеченного слоя, которая прибывает в Дорсет на восстановление после собственной утраты. Их пути пересекаются, иногда Шарлотта оказывается в городе с мужем, но вскоре он покидает её, оставив на попечении Мэри.
Сначала между главными героинями завязываются неотзывчивые отношения, полные недопонимания. Мэри не может поверить, что Шарлотта заинтересована в её работе. Однако после определенного времени, когда они начинают проводить больше времени вместе, между ними складывается близкая связь. Мэри открывает Шарлотте сокровенные уголки своего мира, и их дружба переходит в более романтические отношения. Они исследуют не только окрестности, но и свои чувства, сталкиваясь с внутренними и внешними конфликтами.
Тем временем Шарлотта начинает осознавать, что её жизнь в Лондоне уже не та, что прежде. Она пытается найти своё место в этом новом мире, а Мэри, в свою очередь, ищет способы преодолеть предвзятости, которые окружают её как женщину и ученого. Они близки к разгадке, однако цена высока: каждая из них должна решить, что она готова пожертвовать ради этой любви.